ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ЛИТОСФЕРУ

 

Основные признаки, характеризующие литосферу и влияющие на деятельность людей, а также, в свою очередь, испытывающие воздействие, включают в себя комплекс факторов, которые подлежат оценке и анализу в процессе разработки ОВОС, поскольку вносят существенный вклад в формирование экологических условий как в естественной, так и в техногенной среде.

В первую очередь необходимо оценивать возможность и силу землетрясений, извержений вулканов и других природных катастрофических процессов, которые относятся к внезапным экстремальным явлениям, но тем разрушительнее их последствия. Разрушение же функционирующего объекта также может вызвать катастрофические последствия для окружающей среды, но уже антропогенного характера (например, разрушение АЭС, разрывы нефте- и газопроводов и др.). Необходимо предвидеть также возможные последствия, связанные с незаметным для человеческого глаза, но …
опознаваемые по косвенным признакам тектонические движения фундамента земной коры, которые могут проявиться в аварийных явлениях на реализованных проектах.

Важным фактором, подлежащим оценке, является литология пород, слагающих данный район, особенно поверхностных, со всеми их свойствами (реакция на физические воздействия, изменения свойств при контакте с водой, химический состав, наличие многолетнемерзлых пород и пр.). Исходные свойства пород предопределяют прогноз их состояния при различных видах воздействия.

Особое значение имеет оценка воздействия на подземные воды, которые очень часто служат основным источником водоснабжения, особенно бытового. Оценить степень защищенности подземных вод от поверхностного загрязнения поможет анализ геологического строения территории и возможные нарушения целостности перекрывающих пластов, ведущие к проникновению загрязнений во внутрь.

Наконец, заключительным разделом оценки воздействия на литосферу, является геоморфологического строения местности с динамическими тенденциями современных процессов рельефообразования и прогноз возможного изменения этих тенденций (в сторону усиления или сокращения) под влиянием осуществления данного проекта. Оценке подлежат процессы водной и ветровой эрозии, карстообразования, многолетнемерзлотные явления, а также процессы, связанные с подтоплением территории, а также их прямые и косвенные последствия для других оцениваемых факторов. Литосфера тоже испытывает прямые и косвенные воздействия изменений других факторов, которые также необходимо выявить и оценить.

Отличительной чертой литосферы как геосферной оболочки является её многокомпонентность, включающая в себя рельеф, поверхностную часть литосферы (собственно геологическую среду) и развитые на территории природные и антропогенные геологические процессы. Соответственно, требуется большой набор критериев оценки и особые подходы к их интеграции. Многие вопросы в этой области регламентируются имеющимися нормативно-правовыми и нормативно-техническими документами.

Прямые критерии оценки. Наиболее известны геохимические критерии. Их применение основано на сопоставлении существующего загрязнения литосферы с и её компонентов (вместе с подземными водами) с ПДК или фоном с учетом токсичности вещества-загрязнителя (ЗВ). По аналогии с атмосферой и водами, в общем виде такая оценка с ранжированием по классам, представлена в табл. 1. Предлагаемая таблица позволяет оценить состояние литосферы и её компонентов по любому ЗВ или их сумме.

Таблица 1

Геохимические критерии оценки состояния литосферы

ОЦЕНОЧНЫЕ Классы состояния поверхностных вод
ПОКАЗАТЕЛИ I ‑ норма (Н) II ‑ риск (Р) III ‑ кризис (К) IV – бедствие (Б)
Концентрации всех определяемых элементов и соединений фоновые или ниже ПДК 1—5 ПДК (2-й и 3-й классы опасности); 1 ПДК (1-й класс опасности) 5—10 ПДК (2-й и 3-й классы опасности); 1‑5 ПДК (1-й класс опасности) Более 10 ПДК (2-й и 3-й классы опасности); более 5 ПДК (1-й класс опасности)

 

Приведенные в таблице классы состояния литосферы соответствуют:

Н ‑ нормальной степени загрязнения;

Р ‑ малой степени превышения нормы загрязнения;

К ‑ средней степени превышения нормы загрязнения;

Б ‑ катастрофически высокой степени загрязнения.

 

Подземная гидросфера (подземные воды) также довольно четко регламентирована и оценки её качества устанавливаются по отношению к соответствующим ПДК. Для оценки масштабов техногенного загрязнения подземных вод В.М. Гольдберг предлагает ввести физические точки их отсчета. Такими точками отсчета могут быть качество подземных вод в естественном состоянии (Се) и предельно-допустимая концентрация ЗВ в подземных водах, используемых для питьевых целей.

Кроме того, для характеристики масштабов загрязнения подземных вод важное значение имеет размер площади (F) области загрязнения. Таким образом, состояние загрязнения подземных вод дается по двум показателям: качеству подземных вод (С) и ранее указанный параметр F.

На этой основе выделяются 4 уровня состояния подземных вод или аналогичных классов их состояний:

класс нормы (относительное благополучие). В основном качество подземных вод соизмеримо с Се, может превышать его, но не подниматься выше ПДК. То есть: Се С/ПДК, при этом область загрязнения или вообще отсутствует или незначительна по размерам (F 0,5 кв. км);

класс риска (проявление постоянных тенденций негативных изменений). Качество подземных вод непрерывно ухудшается, оно достигло ПДК или превышает его, но не свыше 3-5 ПДК на отдельных участках (F от 0,5 до 5 кв. км);

класс кризиса (кризисное состояние). Качество подземных вод на больших площадях существенно превышает ПДК (до 10 раз), т.е. ПДК С/ПДК, при этом размеры площадей загрязнения меняются от 5 до 10 кв. км;

класс бедствия (катастрофическое состояние). Качество подземных вод в зоне загрязнения более 10 ПДК с тенденцией к ухудшению, при этом размеры площади загрязнения более 10 кв. км с тенденцией к увеличению.

В первой зоне не требуется никаких специальных природоохранных мер, кроме соблюдения требований законодательства и осуществления планового контроля за состоянием подземных вод.

Во второй зоне должны быть предусмотрены ограничительные природоохранные меры.

В третьей, а, в особенности, в четвертой зонах необходимо незамедлительное осуществление специальных защитных мер.

Ресурсные критерии оценки подземных вод. Для подземных вод в качестве критерии оценки их ресурсов рекомендуются следующие основные показатели: модуль эксплуатационных запасов (л/с с кв. км территории), который при необходимости может быть дифференцирован по водоносным горизонтам, используемым для централизованного водоснабжения и величина выработки водоносных горизонтов. Эти показатели наиболее целесообразно использовать на пред проектной стадии работ.

Геодинамическая группа критериев литосферы используется преимущественно для оценки состояния рельефа и развития природных и техногенных активизированных геологических процессов. Для рельефа и подземного пространства можно предложить 2 показателя: площадь и глубину техногенной переработки (нарушенности, освоенности, застроенности), пример использования которых приведен в табл. 2.

Таблица 2

Геодинамические критерии оценки состояния литосферы

ОЦЕНОЧНЫЕ Классы экологического состояния территории
ПОКАЗАТЕЛИ измененности рельефа норма (Н) риск (Р) Кризис (К) Бедствие (Б)
Площадь техногенного ре-льефа к площади участка менее 10 % 10-25 % 25-50 % более 50 %
Техногенный размах рельефа (м) менее 10 10-20 20-50
Площади подработанных территорий (%) более 10 10-20 20-40 более 50

 

Приведенные в таблице классы состояния поверхностных вод соответствуют:

Н ‑ благоприятное состояние территории (норма);

Р ‑ ограниченно благоприятное состояние территории;

К ‑ неблагоприятное состояние территории;

Б ‑ катастрофическое состояние территории.

 

Рекомендованные градации геодинамических критериев оценок состояния литосферы довольно условны (научного обоснования для них пока не существует) и ориентировочны. Они годятся, главным образом, для предварительной оценки изменения рельефа на стадии пред проектных разработок. На более поздних стадиях проекта критерии оценки могут быть трансформированы по количественным значениям выделяемых градаций в соответствии с конкретными условиями территории и характером планируемого техногенного воздействия.

Оценка площадей и относительной пораженности территории природными и антропогенными геологическими процессами изложена во множестве публикаций, однако узаконенных, нормированных количественных значений пока не имеет. Обобщение разработок ВСЕГИНГЕО и МГУ позволяет предложить следующую шкалу оценок, представленных в табл. 3.

 

 

Таблица 3

 

Критерии оценки состояния литосферы (рельефа) по развитию геологических процессов

ОЦЕНОЧНЫЕ Классы геоэкологического состояния территории
ПОКАЗАТЕЛИ I — норма (Н) II — риск (Р) III — кризис (К) IV — бедствие (Б)
Площадная пораженность опасными геологическими процессами (ОГП), в % менее 5 5-25 25-50 более 50
Сложность инженерно-геологических условий (меры инженерной защиты о ОГП) несложные (локальные меры) сложные (меры на огранич. террит.) весьма сложные (повсеместная защита) систематические катастрофы (меры не гарант. безопасности)

 

При практической реализации предлагаемых критериев оценки необходимо учитывать, что ключевым моментом является выделение для каждой территории ведущих, наиболее опасных геологических процессов или их парагенезов. Критерием такого выделения является оценка эколого-экономического ущерба для данной территории при определенных видах техногенного воздействия.

Интегральная оценка изменения геологической среды. В настоящее время существует несколько методических подходов к суммарной (интегральной) оценке состояния геологической среды и степени её изменения.

Первый (градации по степеням покомпонентной измененности) базируется на использовании двурядной матрицы, на которой по вертикальной шкале располагаются анализируемые компоненты геологической среды с разбивкой по степени измененности, а по горизонтальной шкале ‑ группы оценочных критериев. Все они индексируются, что позволяет на пересечении вертикальных и горизонтальных граф получить искомую оценку состояния каждого компонента геосреды по степени измененности для всех оценочных критериев. На карту выносится индекс, а его расшифровка дается в экспликации. Суммарный учет частных оценок проводится путем отбора наиболее измененных компонентов геосреды с составлением карт "семафорного" типа, на которых указывается в каждом выделенном контуре через циклограммы степень и характер измененности.

При практическом использовании такого подхода рекомендуется отбраковка второстепенных критериев и выбор определяющих, в ходе чего учитываются только те компоненты геологической среды, на которые ожидается основное антропогенное воздействие. Вариантом этого метода показа суммарной оценки является отражение её не на одной карте, а на нескольких оценочных картах. Очевидно, что критерии оценки гидрохимической группы целесообразно объединить на одной карте, геологическую основу которой будет составлять либо оценка защищенности от загрязнения первого (поверхностного) водоносного горизонта, либо (в более широком плане) ‑ учет чувствительности территории к техногенному загрязнению. Критерии оценок остальных групп (инженерно-геологические, геодинамические, ландшафтные, ресурсные) следует показывать на другой карте, геологическую основу которой составляют таксоны типологического, инженерно-геологического районирования с выделением типов строения геологической среды (ГС) на глубину техногенного воздействия. Общей рекомендацией является выбор и отражение на карте не более 4-5 критериев оценки по единой шкале градаций измененности ГС.

Второй способ (градации относительной пораженности и измененности) получения суммарных оценок степени геоэкологической измененности территории реализуется через учет коэффициента площадной пораженности и относительной измененности, путем их суммирования по всем рассматриваемым критериям и компонентам среды.

Для каждого вида воздействия определяется площадь пораженности Si по градациям степени измененности. Далее определяется отношение площади пораженности к оцениваемой площади участка (Kpi), определяется для каждого вида воздействия с учетом степени измененности (интенсивности пораженности) по формуле Gi = Kpi х ni, где ni ‑ интенсивность пораженности (градации). Затем все Gi суммируются и в итоге полученная величина отражает искомую суммарную (интегральную) измененность территории таксона районирования. Такая оценка является относительной, хотя и характеризует вполне определенные (в физическом выражении) участки территории, пораженные тем или иным антропогенным воздействием.

Данные общие методические подходы и правила рекомендуются к использованию при проведении экологических экспертиз, что в равной степени относится как к составителям и разработчикам ОВОС, так и к членам экспертных (в т.ч. общественных) комиссий.

Учитывая всё вышеуказанное, при обосновании и оценке воздействия на литосферу (геологическую среду, включая подземные воды) Регламентом проведения ГЭЭ рекомендуется рассматривать следующее.

1. Геологические и гидрогеологические особенности территории, геологические процессы и явления.

2. Оценка устойчивости грунтов и активности геологических процессов при техногенном воздействии.

3. Прогноз изменений геодинамических условий (изменения напряженности массива пород, возможность деформаций и т.д.).

4. Прогноз последствий теплового воздействия на грунты — изменение термодинамических условий (уровня сезонного протаивания, многолетней мерзлоты, активизация криогенных и других геологических процессов ).

5. Прогноз влияния неблагоприятных геологических явлений и процессов на возможность проявления аварийных ситуаций.

6. Прогноз изменений гидрогеологических условий (усиление или ослабление водообмена, образование новых водоносных горизонтов, смешение вод, изменение уровней подземных вод, напоров, скоростей, направления движения, изменение газового и химического состава и температуры).

7. Прогноз возможного загрязнения и истощения подземных вод при техногенном воздействии .

8. Прогноз воздействия добычи минеральных и сырьевых ресурсов на различные компоненты природной среды.

9. Мероприятия по рациональному использованию недр.

10. Мероприятия по защите подземных вод от загрязнения и истощения.

11. Мероприятия по локализации последствий аварийных ситуаций, нарушающих геологическую среду.

12. Рекомендации по составу и размещению режимной сети скважин для изучения, контроля и оценки состояния горных пород и подземных вод в процессе эксплуатации намечаемого строительства.

13. Предложения по возможно более полному извлечению и комплексному использованию полезных ископаемых из недр, исключающих снижение качества запасов подземных ископаемых на соседних участках и в районе их добычи (в результате обводнения, выветривания, окисления, возгорания и т.д.).

14. Обоснование возможности подземного захоронения вредных веществ и отходов производства.

15. Объем природоохранных мероприятий и оценка стоимости мероприятий по охране геологической среды и мер по предотвращению и ликвидации аварийных ситуаций.

 

 

 

Глава 3. СВЕДЕНИЯ О МИНЕРАЛАХ

Самые верхние толщи земной коры, находящиеся в сфере про­изводственной деятельности инженера-строителя, состоят из гор­ных пород, а те в свою очередь — из минералов.

3.1. МИНЕРАЛЫ И ИХ ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Минералы — это природные тела, имеющие определенные хи­мический состав и физические свойства, образующиеся в результа­те геохимических процессов, протекающих в земной коре.

В земной коре минералы встречаются в виде самостоятельных скоплений, создавая ценные месторождения полезных ископаемых, но чаще входят в состав горных пород. Минералы определяют фи­зико-механические свойства горных пород, поэтому с этой точки зрения представляют наибольший интерес для инженеров-строи­телей.

В земной коре содержится более 7000 минералов и их разновид­ностей. Большинство из них встречаются редко и лишь около ста минералов встречаются часто и в достаточно больших количест­вах, входя в состав тех или иных горных пород. Такие минералы называют породообразующими.

Каждый минерал имеет определенное внутреннее строение и какие-либо присущие только ему внешние признаки, характеризует­ся своими свойствами. Все это обусловливается условиями тех гео­логических процессов, в которых рождаются минералы. Каждый минерал может существовать в природе лишь в определенных тер­модинамических условиях. При изменении этих условий минераль­ное тело видоизменяется или разрушается.

Происхождение минералов.Условия, в которых образуются ми­нералы в природе, отличаются большим разнообразием и сложно­стью. Различают три основных процесса минералообразовання: эндогенный, экзогенный и метаморфический.

Эндогенный процесс связан с внутренними силами Зем­ли и проявляется в ее недрах. Минералы формируются из магмы — силикатного огненно-жидкого расплава. Таким путем образуются, например, кварц и различные силикаты. Эндогенные минералы образуются плотные, с большой твердостью, стойкие кводе, кисло­там, щелочам.

Экзогенный процесс свойствен поверхности земной коры. В этом процессе минералы образуются на суше и в море. В первом случае их образование связано с процессом выветривания, т.е. с разрушительным воздействием воды, кислорода, колебаний тем­пературы на эндогенные минералы. Таким образом образуются глинистые минералы (гидрослюда, каолинит и др.), различные же­лезистые соединения (сульфиды, окислы и др.). Во втором случае минералы формируются в процессе выпадения химических осадков из водных растворов (галит, сильвин и др.). В экзогенном процес­се ряд минералов образуется также за счет жизнедеятельности различных организмов (опал и др.).

Экзогенные минералы разнообразны по свойствам. В большин­стве случаев они имеют низкую твердость, активно взаимодейству­ют с водой или растворяются в ней.

Метаморфический процесс. Под воздействием высо­ких температур и давлений, а также магматических газов и воды на некоторой глубине в земной коре происходит преобразование минералов, ранее образовавшихся в эндогенных и экзогенных про­цессах. Минералы изменяют свое первоначальное состояние, перекристаллизовываются, приобретают плотность, прочность. Так об­разуются многие минералы-силикаты (роговая обманка, актинолит и др.).

3.2. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ

Структура.Минералы обладают кристаллической структурой пли бывают аморфными. Большинство минералов имеет кристал­лическое строение, в котором атомы расположены в строго опреде­ленном порядке, создавая пространственную решетку. Благодаря этому многие минералы внешне имеют вид правильных много­гранников (кристаллов). Примером может служить кварц.

Со строением и характером пространственной решетки связаны свойства кристаллических тел. Прежде всего минералы обладают однородностью строения, состава и свойств, так как в каждой сво­ей части, вплоть до размеров элементарной ячейки, они обладают одинаковым кристаллическим строением и химическим составом. Свойства минералов могут быть одинаковыми по всем направлени­ям (изотропные свойства) или разными по различным направлени­ям (анизотропные свойства).

Аморфные минералы кристаллической структуры не имеют. Такие минералы по свойствам изотропны, для них характерна не­правильная внешняя форма.

Химический состав.Каждый минерал характеризуется опреде­ленным химическим составом. В отдельных случаях можно встре­тить минералы сходного химического состава, но в этом случае они обязательно имеют различное внутреннее строение, а следователь­но, и различную внешнюю форму.

Химический состав кристаллических минералов выражается кристаллической формулой, которая одновременно показывает ко­личественные соотношения элементов и характер их взаимной свя­зи в пространственной решетке. Приведем примеры формул таких минералов: каолинит — А12[Si4O10](ОН)8, авгит — Са (Мg, Fе, А1)*[(Si,А1)2О6]. Химическая формула аморфных минералов отража­ет количественное соотношение элементов.

В составе многих минералов экзогенного происхождения содер­жится вода. Молекулярная вода не участвует в строении простран­ственной решетки и ее удаление лишь обезвоживает минерал. На­пример, после нагревания гипса СаSО4*2Н2О остается СаSО4. Химически связанная вода в виде (ОН) входит в пространственную решетку, например глинистых минералов, и ее удаление приводит к разрушению минерала.

3.3. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ

3.3.1. Оптические свойства.

Прозрачность— свойство вещества пропускать свет. В зависимости от степени прозрачности все минералы делят на следующие группы: прозрачные — горный хрусталь, исландский шпат, топаз и др.; полупрозрач­ные — сфалерит, киноварь и др.; непрозрачные — пирит, магнетит, графит и др. Многие минералы, кажу­щиеся непрозрачными в крупных кристаллах, просвечи­вают в тонких осколках или краях зерен.

Цветминералов — важнейший диагностический признак. Во многих случаях обусловлен внутренними свойствами минерала (идиохроматические ок­раски) и связан с вхождением в его состав элементов-хромофоров (Fе, Сr, Мn, Ni, Со и др.). На­пример, присутствие хрома обусловливает зеленую ок­раску уваровита и изумруда, присутствие марганца — розовую или сиреневую окраску лепидолита, турмали­на или воробьевита. Природа окрашивания других ми­нералов (дымчатый кварц, аметист, морион и др.) кро­ется в нарушении однородности строения их кристалли­ческих решеток, в возникновении в них различных де­фектов. В некоторых случаях окраска минерала может быть вызвана присутствием тончайших рассеянных ме­ханических примесей (аллохроматические ок­раски) — яшмы, агаты, авантюрин и др.

Для обозначения окраски в минералогии распрост­ранен метод сравнения с окраской хорошо известных предметов или веществ, что отражается в названиях цветов: яблочно-зеленый, лазурно-синий, шоколадно-коричневый и т. п. Эталонами можно считать названия цветов следующих минералов: фиолетовый — аметист, синий — лазурит, зеленый — малахит, желтый — аурипигмент, красный — киноварь, бурый — лимонит, оловянно-белый — арсенопирит, свинцово-серый — молиб­денит, железно-черный — магнетит, латунно-желтый — халькопирит, металлически-золотистый — золото.

Цвет черты — цвет тонкого порошка минерала. Чер­ту минерала можно получить при проведении испытуе­мым минералом по матовой неглазурованной поверх­ности фарфоровой пластинки (бисквита) или оскол­ку такой же поверхности фарфоровой химической посу­ды. Это признак более постоянный по сравнению с ок­раской. В ряде случаев цвет черты совпадает с цветом самого минерала, но иногда наблюдается резкое раз­личие: так, стально-серый гематит оставляет вишнево-красную черту, латунно-желтый пирит —: черную и т. д.

Блеск зависит от показателя преломления минера­ла, т. е. величины, характеризующей разницу в скоро­сти, света при переходе его из воздушной в кристаллическую среду. Практически установлено, что минералы с показателем преломления 1,3—1,9 имеют стеклян­ный блеск (кварц, флюорит, кальцит, корунд, гранат и др.), с показателем 1,9—2,6 — алмазный блеск (циркон, касситерит, сфалерит, алмаз, рутил и др.). Полуметаллический блеск отвечает минералам с показателем преломления 2,6—3,0 (куприт, киноварь, гематит) и металлический — выше 3 (молибде­нит, антимонит, пирит, галенит, арсенопирит и др.).

Блеск минерала зависит и от характера поверхно­сти. Так, у минералов с параллельно-волокнистым строением наблюдается типичный шелковистый блеск (асбест), полупрозрачные «слоистые» и пластин­чатые минералы часто имеют перламутровый от­лив (кальцит, альбит), непрозрачные или просвечиваю­щие минералы, аморфные или характеризующиеся на­рушенной структурой кристаллической решетки (метамиктные минералы), отличаются смолистым блеском (пирохлор, настуран и др.).

3.3.2. Механические свойства

Спайность— свойство кристаллов раскалываться я определенных кристаллографических направлениях, обусловленное строением их кристаллических решеток. Так, кристаллы кальцита независимо от их внешней формы раскалываются всегда по спайности на ромбо­эдры, а кубические кристаллы флюорита — на октаэд­ры. Степень совершенства спайности различается в со­ответствии со следующей принятой шкалой:

Спайность весьма совершенная — кристалл легко расщепляется на тонкие листочки (слюда, хлорит, молибденит и др.).

Спайность совершенная — при ударе молотком получаются выколки по спайности; получить излом по другим направлениям трудно (кальцит, галенит, флюо­рит).

Спайность средняя — излом можно получить по всем направлениям, но на обломках минерала наряду с неровным изломом отчетливо наблюдаются и гладкие блестящие плоскости спайности (пироксены, скаполит).

Спайность несовершенная или отсутствует. Зерна подобных минералов ограничены неправильными поверхностями, за исключением граней их кристаллов.

Нередко разно ориентированные плоскости спайно­сти в одном и том же минерале различаются по степе­ни совершенства. Так, у гипса имеется три направле­ния спайности: по одному — спайность весьма совер­шенная, по другому — средняя и по третьему — несо­вершенная.

Трещины отдельности, в отличие от спайности, яв­ляются более грубыми и не вполне плоскими; чаще все­го ориентированы поперек удлинения минералов.

Излом. У минералов с несовершенной спайностью существенную роль в диагностике играет излом — ра­ковистый (кварц, пирохлор), занозистый (у самород­ных металлов), мелкораковистый (пирит, халькопирит, борнит), неровный и др.

Твердость,или степень сопротивления минерала внешнему механическому воздействию. Наиболее про­стой способ ее определения — царапание одного минерала другим. Для оценки относительной твердости принята шкала Мооса, представленная 10 минера­лами, из которых каждый последующий царапает все предыдущие. За эталоны твердости приняты следующие минералы: тальк — 1, гипс — 2, кальцит — 3, флюо­рит — 4, апатит — 5, ортоклаз — 6, кварц — 7, то­паз — 8, корунд — 9, алмаз — 10. При диагностике весьма удобно также употреблять для царапания такие предметы, как медная (тв. 3—3,5) и стальная (5,5—6) игла, нож (5,5—6), стекло (5); мягкие минералы мож­но пробовать царапать ногтем (тв. 2,5).

Хрупкость, ковкость, упругость.Под хрупкостью в минералогической практике подразумевается свойст­во минерала крошиться при проведении черты ножом или иглой. Противоположное свойство — гладкий бле­стящий след от иглы (ножа) — свидетельствует о свой­стве минерала деформироваться пластически. Ковкие минералы расплющиваются под ударом молотка в тон­кую пластинку, упругие способны восстанавливать форму после снятия нагрузки (слюды, асбест).

3.3.3. Прочие свойства

Удельный весможет быть точно замерен в лабораторных условиях различными методами; приблизитель­ное суждение об удельном весе минерала можно полу­чить путем сопоставления его с распространенными минералами, удельный вес которых принимается за эта­лон. Все минералы можно разделить по удельному несу на три группы: легкие — с уд. весом меньше 3 (галит, гипс, кварц и др.); средние — с уд. весом по­рядка 3—5 (апатит, корунд, сфалерит, пирит и др.); тяжелые — с уд. весом больше 5 (киноварь, галенит, золото, касситерит, серебро и др.).

Магнитность. Некоторые минералы характеризуются ярко выраженными ферромагнитными свойства­ми, т. е. притягивают к себе мелкие железные предме­ты — опилки, булавки (магнетит, никелистое железо). Менее магнитные минералы (парамагнитные) притягиваются магнитом (пирротин) или электромаг­нитом; наконец, имеются минералы, которые отталки­ваются магнитом, — диамагнитные (самородный висмут). Испытание на магнитность производится с по­мощью свободно вращающейся магнитной стрелки, к концам которой подносится испытуемый образец. Так как число минералов, обладающих отчетливыми маг­нитными свойствами, невелико, то этот признак имеет важное диагностическое значение для некоторых мине­ралов (например, магнетита).

Радиоактивность. Способностью к самопроизвольно­му а-, b- и у-излучению характеризуются все минера­лы, содержащие в своем составе радиоактивные эле­менты — уран или торий. В породе радиоактивные ми­нералы часто бывают окружены красными или бурыми каемками, и от зерен таких минералов, включенных о кварц, полевой шпат и др., расходятся радиальные тре­щинки. Радиоактивное излучение действует на фотобу­магу.

Другие свойства. Для диагностики в полевых усло­виях имеют значение растворимость минералов з воде (хлориды) или кислотах и щелочах, частные химические реакции на отдельные элементы1, окрашивание пламени (например, минералы, содержащие стронций, окрашивают пламя в красный цвет, натрий — в желтый). Некоторые минералы при ударе или разломе издают запах (гак, арсенопирит и самородный мышьяк издают характерный чесночный за­пах).

Отдельные минералы определяются на ощупь (на­пример, тальк на ощупь жирный). Поваренная соль и другие солевые минералы легко узнаются на вкус.

3.4. КЛАССИФИКАЦИЯ МИНЕРАЛОВ.

По химическому составу и внутреннему строению все минералы подразделяются на несколько классов, из которых важнейшими являются: самородные элементы, сульфиды (сернистые соединения), оксиды, и гидроксиды, галоидные соединения, карбонаты, сульфаты, фосфаты, силикаты.

Самородные элементы.

Самородные элементы, по подсчетам академика А.Е.Ферсмана, составляют 0,1% массы земной коры. В самородном состоянии в земной коре и в составе метеоритов установлено 50 элементов. К ним относятся металлы – золото, серебро, платина, медь; полуметаллы – мышьяк, сурьма, висмут; неметаллы – сера, алмаз, графит и др. Многие самородные элементы имеют большое практическое значение.

Сульфиды (сернистые соединения)

Сульфиды составляют 0,25% от массы земной коры, объединяя свыше 250 минералов. Многие минералы этого класса имеют важное промышленное значение, являясь рудами различных металлов.

Оксиды и гидроксиды

Оксиды и гидроксиды широко распространены в земной коре, составляя 17% ее массы, причем на долю одного лишь кремнезема приходится 12,6%, а оксиды железа составляют 3-4% от массы земной коры. В настоящее время известно около двухсот минералов этого класса. Некоторые из них являются породообразующими минералами (например, кварц), другие относятся к рудам (например, гематит, магнетит, хромит).

Карбонаты.

Карбонаты составляют 1,7% от массы земной коры, объединяя 80 минералов.

Силикаты.

Силикаты представляют собой многочисленный класс минера­лов, включающий в себя совместно с разновидностями до пятисот представителей, что составляет около четверти всех известных минера­лов. На долю силикатов приходится примерно 80% массы всей земной коры. Они являются важнейшими породообразующими минералами.

Классификация силикатов в настоящее время проводится по структурному принципу. В основе строения минералов этого класса лежит кремнекислородный тетраэдр SO44-. В центре этой структурной формы находится ион кремния, а в вершинах тетраэдра – ионы кислорода.

Когда кремнекислородные тетраэдры изолированы друг от друга и объединяются в кристаллической решетке с помощью катионов других металлов, образуются островные силикаты. При соединении кремнекислородных тетраэдров в кольца возникают кольцевые структуры, при дальнейшем усложнении связей — цепочечные, ленточные, чистовые (слоевые) и каркасные силикаты.

Хлориты.

К хлоритам относятся слюдоподобные минералы сложного химического состава. Сингония моноклинная. Кристаллы таблитчатые, чешуйчатые. Агрегаты — чешуйчатые, листоватые, сплош­ные, рыхлые, землистые массы. Цвет обычно зеленый различных оттенков, реже желтый до красноватого. Черта зеленовато-белая, серая. Блеск стеклянный до перламутрового. Твердость 1,5-3. Спайность весьма совершенная.

 

Глава 4. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

4.1. УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Горные породы изучаются петрографией и ее разделами. Петрогра­фия рассматривает процессы образования горных пород, условия их залегания, а также состав, внутреннее строение и другие признаки с целью выяснения закономерностей в распространении полезных ископаемых.

Практические задачи строительного дела также требуют изучения горных пород, но с другой целью. В строительной практике горные породы используются как естественное основание, среда или строи­тельный материал для различных сооружений. Поэтому в инженерной геологии изучение горных пород в конечном итоге направлено на исследование их прочности, деформируемости, устойчивости и водопроницаемости.

Под прочностью понимается свойство горных пород сопроти­вляться разрушению под действием нагрузки. Деформируемость характеризуется изменением формы сложения и объема горных пород под нагрузкой, а устойчивость — их способностью сохранять данное физическое состояние, прочность или равновесие, несмотря на дей­ствие на них различных сил (агентов выветривания, силы тяжести, гидростатического и гидродинамического давления и др.). Водопро­ницаемостью горных пород называют свойство их фильтровать воду.

Так как эти важные свойства горных пород определяются естественноисторическими условиями их образования и, следовательно, условиями залегания, составом, структурой, текстурой и физиче­ским состоянием, изучение их в инженерной геологии должно быть петрологическим. Такой подход к изучению горных пород в инженер­ной геологии определяется еще и тем, что они в земной коре постоянно подвергаются существенным изменениям под влиянием природных геологических факторов (литификации, метаморфизма, тектониче­ских нарушений и трещиноватости, выветривания и др.). Есте­ственно, что петрологический подход к изучению горных пород в инженерной геологии несколько отличен от собственно петрологи­ческого.

В инженерной геологии исследуются именно те особенности со­става, строения и свойств горных пород, которые определяют их прочность, деформируемость, устойчивость и водопроницаемость. Необходимым является также учет искусственных факторов, возни­кающих при строительстве различных сооружений, при вскрытии горных пород глубокими выемками, подземными выработками, при разгрузке и разуплотнении, нагрузке и дополнительном уплот­нении, осушении и изменении влажностного режима, усилении или ослаблении влияния подземных и поверхностных вод, изменении температурного режима горных пород и др. Таким образом, при инженерно-геологическом изучении горных пород должна существо­вать определенная направленность, которая требует:

1) изучения всего разреза горных пород в деталях в пределах
активной зоны под сооружением или в сфере его влияния;

2) выделения в разрезе всех разностей пород, существенно отли­чающихся по своим петрографическим признаками строительным
качествам, независимо от их мощности и распространенности. При
этом особое внимание обращается на выделение слабых со строитель­
ной точки зрения разностей пород;

3) изучения не только петрографических признаков горных
пород, но и их физического состояния и физико-механических
свойств;

4) изучения пород в их естественном залегании, при естественном
сложении и влажности, в условиях естественной обводненности
и т. д. В тех случаях, когда горные породы используются как строи­
тельные материалы, они могут исследоваться и состоянии нарушен­ного сложения;

5) учета и выяснения изменения состава, состояния и свойств
пород под влиянием сооружений и прогноза этих изменений;

6) широкого применения специальных лабораторных и полевых
методов исследования свойств горных пород, методов новых, не
используемых в геологии;

7) соблюдения в изучении горных пород определенной последова­тельности.

На предварительной стадии исследований при изучении района предполагаемого расположения сооружений должны быть выделены генетические и петрографические типы горных пород, встречающиеся в нем, выяснены их распространение, условия залегания, положение в геологической структуре района и оценено влияние каждой раз­ности пород на устойчивость тех или иных участков местности и про­ектируемых па них сооружений. На этой стадии даются предвари­тельная петрографическая характеристика и оценка физико-механи­ческих свойств каждого типа горных пород и устанавливаются их специфические особенности, которые могут влиять на выбор района расположения сооружений и па которые следует обратить внимание па следующей стадии более детальных исследований.

На предварительной стадии исследований свойства горных пород характеризуются обобщенными средними показателями. На этой стадии инженерно-геологическое их изучение выполняется главным образом в процессе инженерно-геологической съемки и сопровожда­ющих ее незначительных разведочных и лабораторных работ.

На стадии детальных исследований, при выборе строительной площадки и особенно в пределах выбранной площадки или участков расположения отдельных сооружений инженерно-геологическое изу­чение горных пород состоит в окончательном установлении последова­тельности напластования (стратификации) отложений, в выяснении условий залегания каждой разности пород, в детальном изучении их петрографических особенностей и физико-механических свойств. При этом следует по возможности выяснить степень однородности и изменчивости состава, строения, состояния и свойств каждой разности пород по простиранию и мощности в пределах всей строи­тельной площадки или участков расположения отдельных соору­жений. В итоге такого изучения устанавливаются расчетные показа­тели физико-механических свойств пород, условия строительства на них проектируемых сооружений и в случае необходимости наме­чаются мероприятия, обеспечивающие их устойчивость. На этой стадии инженерно-геологическое изучение горных пород осуще­ствляется главным образом в процессе разведочных, опытных и лабо­раторных работ.

Таковы общие принципы и направленность изучения горных пород в инженерной геологии. Это значит, что оно должно носить специализированный петрологический характер в связи с решением широкого круга строительных вопросов. При этом следует заметить, что в инженерно-строительном деле любые горные породы, разраба­тываемые горными выработками, котлованами, используемые в ка­честве строительных материалов для насыпей, дамб, земляных пло­тин или находящиеся в сфере воздействия инженерных мероприятий и сооружений, часто называют грунтами, однако само понятие «грунт» различными исследователями понимается по-разному.

В природных условиях обычно состояние и свойства отдельных разностей горных пород изменяются постепенно. При возведении сооружений необходима оценка свойств горных пород как рыхлых, так и твердых — скальных. Характер и метод этой оценки различны в зависимости от типа и состояния пород, типа проектируемого соору­жения и стадии исследования. Поэтому единственно правильным определением термина «грунт» следует признать определение, при­нятое в инженерной геологии.

Грунт — это условное прикладное наименование любой горной породы. Раздел инженерной геологии, в котором излагаются основы инженерно-геологического изучения горных пород, нередко назы­вают грунтоведением. Однако надо признать, что этот термин не геологический, он не отражает ни геологического, ни петрографиче­ского подхода к изучению горных пород и не соответствует современ­ному содержанию предмета.

Термин «грунтоведение» вошел в научную, учебную и производ­ственную литературу в 30-х годах, когда начиналось изучение горных пород как грунтов преимущественно для дорожных целей, т. е. когда содержание этого направления было узко практическим и суще­ственно отличалось от современного. Поэтому направление в инженер­ной геологии, раздел ее, занимающийся специализированным петро­графическим изучением горных пород, правильнее называть инже­нерной петрологией.

4.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Горные породы разнообразны по своему происхождению, составу, строению и свойствам. Изучать свойства горных пород невозможно без систематизации их в определенном порядке, т. е. без классифи­кации. Классификация — это основной раздел любой естественной науки, первый и важный этап обобщения, она отражает сте­пень изученности рассматриваемых предметов в определенном
аспекте. Во всякой самостоятельной науке общая классификация
изучаемых предметов является центральной теоретической про­блемой.

Классификация горных пород в инженерной геологии является также средством и методом их познания. Она необходима для сле­дующих целей:

1) для разделения всего многообразия горных пород,
встречающихся в природе, на группы, существенно различа­ющиеся по генетическим и петрографическим признакам и строи­
тельным качествам, чтобы, пользуясь классификацией, можно было
бы давать предварительную инженерно-геологическую оценку горных
пород;

2) для построения инженерно-геологических карт, разрезов,
схем;

3) для определения состава, объема, методики и направления
инженерно-геологического изучения горных пород;

4) для выбора методов улучшения свойств горных пород.

Единой общепринятой классификации горных пород в инженерной

геологии в настоящее время нет. Это связано с недостаточной изу­ченностью их свойств и трудностью одной классификацией удовле­творить разнообразные требования строительной практики. Суще­ствуют классификации специальные и общие. Специальные класси­фикации разработаны применительно к запросам той или иной отрасли строительного дела. Они обычно основываются на учете одного какого-либо признака горных пород и подразделяют их в этом случае сравнительно детально.

Общие классификации предназначаются для различных отраслей строительства. Они разработаны с учетом нескольких или многих признаков горных пород. В них обычно выделяются все наиболее распространенные типы горных пород и дается с той или иной сте­пенью детальности их строительная характеристика. Естественно, что общие классификации менее детальны, чем специальные, поэтому последние как бы дополняют первые.

Из специальных классификаций наиболее распространены сле­дующие.

Классификация по устойчивости пород в откосах. Мерой та­кой устойчивости является угол естественного откоса, т. е. пре­дельный, наибольший угол наклона поверхности откоса, при котором горные породы находятся еще в устойчивом состоянии (не осыпаются, не обваливаются, не оползают). Эта специальная классификация применима при проектировании и строитель­стве невысоких насыпей, выемок, дамб и других земляных соору­жений.

Классификация по несущим способностям пород, определяющимся той наибольшей на них нагрузкой, которая не вызывает опасных деформаций сооружений, осадок, нарушения их устойчивости. Эта

классификация широко используется при проектировании и строи­тельстве фундаментов сооружений.

Классификация по способу и трудности разработки горных пород. В этой строительной классификации горные породы подразделяются на категории в зависимости от того, каким инструментом они разрабатываются: подборочной лопатой или штыковой, с применением кайла, лома или других ударных инструментов, с частичным приме­нением взрывных работ или только взрывным способом. Этой клас­сификацией широко пользуются при выполнении различных земля­ных работ, так как категория пород определяет стоимость 1 м3 земляных работ.

Классификация по крепости пород, характеризующейся их сопро­тивлением разрушающим усилиям. Эта классификация известна как классификация М. М. Протодьяконова (табл. 4). За меру крепости пород здесь принят коэффициент кажущегося трения, названный автором коэффициентом крепости пород. (Классифи­кация М. М. Протодьяконова имеет очень широкое применение в инженерной практике, особенно в горном деле.

Таблица 4.

Классификация горных пород, по М.М. Протодьянкову

Категории Степень крепости Породы Коэффициент крепости
I В высшей степени крепкие породы Наиболее крепкие, плотные и вязкие кварциты и базальты. Исключительные по крепости другие породы
II Очень крепкие породы Очень крепкие гранитоидные породы, кварцитовый порфир, очень крепкий гранит, кремнистый сланец, менее крепкие, нежели указанные выше, кварциты. Самые крепкие песчаники и известняки
III Крепкие породы Гранит (плотный) и гранитовые породы. Очень крепкие песчаники и известняки. Кварцевые рудные жилы. Крепкий конгломерат. Очень крепкие железные руды.
III – а То же Известняки (крепкие). Некрепкий гранит. Крепкие песчаники. Крепкий мрамор, доломит, колчеданы.

 

Категории Степень крепости Породы Коэффициент крепости
IV Довольно крепкие породы Обыкновенный песчаник. Железные руды.
IV – а То же Песчанистые сланцы. Сланцеватые песчаники.
V Средние породы Крепкий глинистый сланец. Некрепкий песчаник и известняк, мягкий конгломерат.
V – а То же Разнообразные сланцы (некрепкие), плотный мергель.
VI Довольно мягкие породы Мягкий сланец, мягкий известняк, мел, каменная соль, гипс. Мерзлый грунт, антрацит. Обыкновенный мергель.
VI – а То же Щебенистый грунт. Разрушенный сланец, слежавшаяся галька и щебень, крепкий каменный уголь (fкр = 1,4÷1,8), отвердевшая глина. 1,5
VII Мягкие породы Глина (плотная). Средний каменный уголь (fкр = 1,0÷1,4). Крепкий глинистый грунт. 1,0
VII – а То же Легкая песчаная глина, лёсс, гравий. Мягкий уголь (fкр = 0,6÷1,0). 0,8
VIII Землистые породы Растительная земля. Торф. Легкий суглинок, сырой песок. 0,6
IX Сыпучие породы Песок осыпи, мелкий грунт, насыпная земля, добытый уголь. 0,5
X Плывучие породы Плывуны, болотный грунт, разжиженный лёсс и другие разжиженные грунты (fкр = 0,1÷0,3). 0,3

Классификация по степени водопроницаемости или водопоглоще-ния. Показателями водопроницаемости горных пород, а для скаль­ных и полускальных пород и их трещиноватости или закарстованности являются коэффициент фильтрации и удельное водопоглощение. Коэффициент фильтрации характеризует скорость движения — фильтрации воды (м/сутки, см/сутки) через породу при напорном градиенте, равном единице. Под удельным водопоглощением пони­мают расход воды (л/мин), поглощаемой горными породами, вскры­тыми скважиной, при напоре в 1 м и длине испытуемого интервала в 1 ж. Коэффициент фильтрации является абсолютной характеристи­кой породы, а удельное водопоглощение — относительной, сравни­тельной характеристикой. Оба эти показателя свойств горных пород очень часто используются для решения различных строительных задач.

Из общих классификаций в настоящее время наиболее известны классификации Н. Н. Маслова, Е. М. Сергеева и Ф. П. Саваренского.

Таблица 5

Общая классификация грунтов, по Е.М. Сергееву

Классы Группы Подгруппы
Породы с жесткими связями   Магматические Глубинные (интрузивные)
Излившиеся (эффузивные)
Метаморфические Регионально-метаморфические
Контактно-метаморфические
Осадочные сцементированные Крупнообломочные сцементированные
Мелкозернистые сцементированные
Глинистые и пылеватые отвердевшие
Осадочные химические и биохимические Кремнистые
Железистые
Карбонатные
Сульфатные
Галиойдные
Породы без жестких связей Глинистые и пылеватые Глинистые
Лессовые (алевритовые)
Обломочные нецементированные Крупнообломочные
Песчаные
Почвы Почвы Зональные
Интразональные
Искусственные грунты Искусственные грунты Культурные слои
Наносные
Насыпные
Искусственно улученные
Искусственно ухудшенные

В классификации Н. Н. Маслова основными признаками для подразделения различных петрографических типов горных пород на классы и группы служат их механическая прочность и водостой­кость. В соответствии с этим в ней выделяется пять классов пород (скальные, полускальные, сыпучие, глинистые, сильно сжимаемые), каждый из которых в свою очередь подразделяется на группы (гидростойкие и гидронестойкие). В этой классификации учтены важные для строительной оценки свойства пород, но в ней недостаточно полно отражены генетические и петрографиче­ские признаки пород и характерные количественные показатели их свойств.

В классификации Е. М. Сергеева выделены классы, группы и под­группы пород (табл. 5 ). Первые два класса выделены по наличию или отсутствию в породах структурных связей. Третий и четвертый классы составляют почвы и искусственные грунты, т. о. особые гене­тические образования.

Таким образом, при выделении групп и подгрупп в одном случае учитываются генетические, а в другом — петрографические при­знаки пород. Третий и четвертый классы на группы не подразде­ляются. Следовательно, в классификации Е. М. Сергеева в основу выделения классов, групп и подгрупп положены важные, но раз­личные признаки.

 

4.3. МАГМАТИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Происхождение и классификация. Магматические горные поро­ды образуются в результате застывания расплавленной магмы. Магма, прорываясь по трещинам земной коры, в одних случаях за­стывает в ее недрах, что приводит к образованию глубинных (ин­трузивных) пород , в других — достигает поверхности зем­ли, разливается потоками лавы и дает начало излившимся (эффу­зивным) породам, которые являются аналогами глубин­ных пород.

Условия остывания магмы в глубине и на поверхности земли резко различны. Глубинные магматические породы формируются в условиях высокого давления, медленного и равномерного остыва­ния. В этом случае образуются плотные, массивные, полнокристал­лические породы типа гранита, габбро. Излившиеся магматические породы формируются при остывании магмы в условиях низкого давления и температуры, быстрой отдаче тепла и газов. При этом возникают породы с обилием аморфного стекла, часто с большой пористостью, например базальт, пемза.

Классификация магматических пород, кроме деления их на глу­бинные и излившиеся, основана также на содержании в них крем­незема в пересчете на SiО2 (табл.6).

Таблица 6.

Классификация магматических пород

Состав пород Породы
содержание окисла (SiО2 %) минералы глубинные излившиеся (аналоги глубинных)
Кислые породы (75 — 65) Средние породы (65 – 52)     Основные породы (52 – 40) Ультраосновные (менее 40) Кварц, полевые шпаты (чаще ортоклаз), слюды Полевые шпаты (чаще ортоклаз), роговая обманка, биотит Плагиоклазы, роговая обманка, авгит, биотит Плагиоклазы (чаще лабрадор), авгит, иногда оливин Авгит Авгит, оливин, рудные минералы Оливин, рудные минералы Граниты   Сиениты   Диориты   Габбро   Пироксениты Пироксениты Дуниты Кварцевый порфир, липарит Ортоклазовый порфир, трахит Порфирит, андезит   Дибаз, базальт

Разделение магматических пород по SiO2 имеет практическое значение. Так, с уменьшением SiO2 в глубинных породах возрас­тает плотность, понижается температура плавления, породы лучше поддаются полировке, окраска их становится темнее.

В составе магматических пород основное место занимают поле­вые шпаты, амфиболы, пироксены, кварц и слюды. В наиболее древних породах могут присутствовать вторичные минералы (кар­бонаты, глинистые), которые возникают в процессе выветривания из основных минералов. Количество этих минералов может слу­жить показателем степени выветрелости породы.

Структура, текстура, отдельности и формы залегания магматических пород

Свойства пород зависят от особенностей их внутреннего строе­ния и сложения в массиве.

Структура — особенности внутреннего строения породы, обус­ловленные размерами, формой и количественным соотношением ее составных частей — минералов. В магматических породах различают следующие структуры: 1) зернистые, типичные для глубинных пород, 2) полукристаллические (совместное нахождение кристал­лов и аморфного стекла) и 3) стекловатые, типичные для излив­шихся пород.

Текстура (сложение) характеризует пространственное располо­жение частей породы в ее объеме. Для магматических пород харак­терны следующие текстуры: 1) массивная — равномерное, плотное расположение минералов, 2) полосчатая — чередование в породе участков различного минерального состава или различной струк­туры, 3) шлаковая — порода содержит видимые глазом пустоты. Отдельности. При остывании магмы в связи с изменением объе­ма в породах возникают тончайшие трещины, которые разбивают массив на отдельные участки (формы). В зависимости от системы расположения трещин возникают отдельности: столбчатая (ба­зальт), глыбовая (гранит), шаровая (диабаз) и др.

Строительные свойства магматических пород высокие. Это объ­ясняется их минеральным составом и жесткими кристаллизацион­ными связями в структурах. Наибольшей прочностью отличаются мелко- и равномернозернистые структуры.

При оценке качества следует отдавать предпочтение массивной текстуре. Полосчатое сложение и отдельности облегчают разработ­ку, но в целом снижают качество пород. Трещиноватость пород со­кращает количество выпускаемой каменной продукции, обусловли­вает фильтрацию подземных вод.

Формы залегания магматических пород. Глубинные горные по­роды залегают в виде батолитов (рис.1) — огромных массивов горных пород до нескольких сотен километров, залегающих глубо­ко от земной поверхности; штоков — ответвлений от батолитов;

Рис.1 Основные формы залегания магматических пород;

1 – жилы; 2 – покров; 3- поток; 4 – вулканический конус; 5 – батолит; 6 – лакколит

лакколитов — грибообразных форм, образованных при внедрении магмы между слоями осадочных толщ; жил, возникших при запол­нении магмой трещин в земной коре.

Для излившихся горных пород характерными являются купо­ла — сводообразные формы; лавовые покровы, образовавшиеся в результате растекания магмы на поверхности земли; потоки — вы­тянутые формы, возникшие в результате течения магмы из вул­канов.

Характеристика групп магматических пород. Кислые поро­ды (содержание SiO2 от 65 до 75%) являются наиболее распрост­раненными среди магматических пород. Основные их представители: гранит и его излившиеся аналоги — кварцевые порфиры,липариты, вулканические стекла.

Средние породы (содержание SiO2 от 52 до 65%). В эту группу входят глубинные породы: диориты (излившиеся аналоги — порфириты и андезиты) и сиениты (излившиеся аналоги — ортоклазовый порфир и трахит).

Основные породы (содержание SiO2 от 40 до 52%). В эту группу входит глубинная порода габбро и ее излившиеся аналоги— диабаз и базальт.

Ультраосновные породы (содержание SiO2 менее 40%) имеют только глубинное происхождение, не содержат полевых шпа­тов и кварца. Распространение очень ограниченное. На поверхности земли неустойчивы и легко поддаются выветриванию. К ним отно­сятся пироксениты, перидотиты, дуниты.

4.4.ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Происхождение осадочных пород. Любая находящаяся на зем­ной поверхности порода подвергается воздействию выветривания, т. е. разрушительному воздействию воды, колебаний температур и т. д. В результате даже самые массивные, прочные магматические породы постепенно разрушаются, образуя обломки разных разме­ров, распадаясь до мельчайших частиц.

Продукты разрушения переносятся ветром, водой и на опреде­ленном этапе переноса отлагаются, образуя рыхлые скопления или осадки. Накопление происходит на дне рек, морей, океанов и на по­верхности суши. Из рыхлых скоплений (осадков) с течением време­ни формируются (уплотняются, приобретают структуру и т. д.) различные осадочные породы.

Осадочные породы слагают самые верхние слои земной коры, покрывая своеобразным чехлом породы магматического и мета­морфического происхождения. Несмотря на то что осадочные поро­ды составляют всего 5% земной коры, земная поверхность на 75% своей площади покрыта только этими породами. В связи с этим строительство производится в основном на осадочных породах. Инженерная геология этим породам уделяет наибольшее внимание.

Мощность толщ осадочных пород колеблется в широких пределах — в одних местах она очень мала, в других исчисляется километрами.

Особенности осадочных пород. Осадочные породы в силу специфических условий образования приобретают ряд особенностей, ко­торые существенно отличают их от магматических и метаморфических пород. Это проявляется в минеральном и химическом составе, структурах, слоистости, пористости, зависимости состава и свойств пород от климата, в содержании органических остатков.

Минеральный и химический состав.

В образовании осадочных пород, кроме минералов, из которых формировался рыхлый осадок (кварц, полевые шпаты и др.), принимают участие минералы, возникающие в данной породе в процессе ее существования (кальцит, каолинит и др.). Во многих случаях эти минералы играют существенную роль. Осадочные породы разнообразны по химическому составу. Это могут быть алюмосиликаты, карбонаты, окислы, сульфаты и др.

Структуры осадочных пород весьма разнообразны. Почти каждый тип породы имеет свою, присущую только ему структуру. Для рыхлых пород характерны обломочные структуры, для сцементированных – брекчиевидные и т.д.

Пористость типична для всех осадочных пород, за исключением некоторых плотных химических осадков. Поры бывают мелкие, крупные и в виде каверн. Общая пористость может быть велика, например, суглинки – 40 – 50% , пески —

35—40% и т. д. В порах может располагаться вода, газ, органический материал.

Слоистость. Осадочные породы залегают в виде слоев (рис.2), которые образуются в процессе периодического накопле­ния осадков в водной и воздушной среде. В составе слоя может быть микрослоистость, отражающая осадконакопление в различные времена года. Микрослоистость характерна для озерных и речных отложений. В слое горной породы могут быть также тонкие слои других пород. Их называют прослоями. Например, в слое песка мо­жет быть тонкий прослой глины.

При резком различии слоев по составу, например слой извест­няка лежит на слое песка, более или менее постоянной мощности и сравнительно большой занимаемой площади слои называют пла­стами. В таких случаях слои (пласты) обычно ограничены с двух сторон четко выраженными поверхностями, которые называют плоскостями (поверхностями) напластования, в том числе верхнюю плоскость называют — кровлей, нижнюю — подошвой, а расстоя­ние между ними — мощностью слоя (пласта). Наибольшей мощно­стью пластов обладают морские отложения (до сотен и даже тысяч метров). Континентальные образования четвертичной системы, залегающие непосредственно под слоем почвы, имеют, как правило, относительно небольшую мощность — 10—50 м.

Комплекс слоев, объединенных сходством состава или возраста, илиодин слой, но значительной мощности нередко называют тол­щей. Призером могут служить толщи лёссовых пород, мощность которых может достигать десятков метров.

Слои образуются в процессе накопления осадков в морях, озе­рах, долинах рек и т. д. Это обусловливает образование слоев раз­личной формы как по размеру в плане, так и по очертаниям по вер­тикали. Наиболее обычным является нормальный слой (рис.2), для которого характерна сравнительно большая мощность и протя­женность, параллельность кровли подошве. Для континентальных отложений характерны также линзы — слои, занимающие малые площади с выклинивани­ем мощности к краям слоя, и выклинивающие­ся слои, мощности кото­рых уменьшаются в одну сторону.

Важное практическое значение для инженер­ной геологии представля­ет сочетание слоев. При согласном залегании слои лежат параллельно друг другу (рис.2), чаще всего горизонтально.

Рис.2 Форма слоев осадочных пород

1 – нормальные слои; 2 – линза глины в песке; 3 – выклинивание галечника в песке;

4 – несогласное залегание слоев

Такое залегание слоев характерно равнинам. В Других случаях за счет текто­нических движений земной коры возникает несогласное залегание слоев 4 (рис. 2 ). Одна группа слоев при этом залегает непарал­лельно другой группе.

Климатические условия влияют на состав и свойства осадочных пород: в пустынях образуются породы обломочного ха­рактера, в замкнутых бассейнах накапливаются отложения солей ит. д. Окраска пород зависит от климатических условий: породы тропиков и субтропиков обладают красноватой окраской, холод­ному климату свойственны серые тона.

Органические остатки наблюдаются в большинстве осадочных пород. Это остатки растений или скелетных частей орга­низмов в виде окаменелостей.

Классификация осадочных пород..Осадочные породы прин