Роль генезиса и петрографических особенностей горных пород

Грунтоведение можно определить как науку, изучающую любые горные породы и почвы как многокомпонентные динамичные системы, изменяющиеся в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью че­ловека. Горные породы изучаются петрографией и литологией, но толь­ко грунтоведение подходит к ним как к многокомпонентным динамич­ным системам.

Основным положением грунтоведения является положе­ние о зависимости свойств грунтов от их состава, структуры и тексту­ры. Состав, структура, текстура, а отсюда и свойства горных пород формируются в процессе их генезиса и изменяются под влиянием пост­генетических процессов: диагенеза, эпигенеза\и гипергенеза. Поэтому при оценке пород в инженерно-геологическом отношении состав, струк­тура и текстура грунтов и их свойства изучаются в зависимости от ге­незиса и постгенетических процессов.

Генетический подход при изучении грунтов является методологи­ческой основой грунтоведения, благодаря чему оно относится к наукам геологического цикла. Причем под генетическим подходом следует иметь в виду анализ геологической истории развития территории, сло­женной изучаемыми горными породами, для того, чтобы можно было понять, что испытала порода за период с момента своего формирования до наших дней, какова была ее «геологическая жизнь».

В основе генетического изучения горных пород в инженерно-геоло­гических целях лежит подразделение их на три основные общеизвест­ные группы: магматические, осадочные и метаморфические, которые одновременно отражают их генезис и важнейшие петрографические особенности. Дальнейшее более дробное подразделение горных пород на генетические и петрографические типы дает еще большую информа­цию об их особенностях, важных при решении различных инженерно-геологических вопросов.

Это справедливо для всех пород. В качестве примера возьмем граниты. Граниты — интрузивные порода. Термин «интрузивные» характеризует генетический тип гранитов как породы, образовавшейся при кристаллизации магматического расплава на глубине, в результате чего они имеют полнокристаллическую равномерно-зернистую струк­туру. Но по своей структуре граниты могут быть крупно-, средне- и мелкозернистыми, а по составу могут быть микроклиновыми, биотито-выми и т. д. В зависимости от этих петрографических особенностей прочность на одноосное сжатие гранитов (незатронутых выветрива­нием), например, в районе Красноярской ГЭС колебалась от 50 до 270 МПа. Как видно, величина прочности изменялась весьма сущест­венно, но во всех случаях ее значение оставалось высоким. Высокое значение величины прочности гранитов определяется тем, что они от­носятся к интрузивным породам, т. е. определяется их генезисом, а раз­ница в значении прочности — их петрографическими особенностями.

Можно сделать вывод, что выделение генетических и петрографи­ческих типов при их инженерно-геологическом изучении является обя­зательным, так как они дополняют друг друга, давая представление об общих закономерностях и частных особенностях изучаемых пород.

Горные породы, сформировавшиеся иногда в одних и тех же усло­виях и имеющие один и тот же геологический возраст и состав, могут существенно отличаться по своему современному состоянию и свойст­вам. Это объясняется тем, что такие породы претерпели различные постгенетические преобразования. Влияние постгенетических измене­ний на формирование свойств пород хорошо прослеживается на при­мере кембрийских гидрослюдистых глин, широко развитых на севере и северо-западе Русской платформы. В районе Ленинграда эти глины залегают вблизи поверхности. В течение геологической истории они дважды испытывали сравнительно небольшую и кратковременную наг­рузку: первую в палеозое — меньшую по величине (6—7 МПа), но продолжительную во времени, а вторую в ледниковый период — боль­шую по величине (8—9 МПа), но менее продолжительную. В тече­ние же значительного геологического времени кембрийские глины были разгружены, происходили их разуплотнение и гидратация. В резуль­тате этого кембрийские глины в районе Сант-Петербурга «отстали» в своем развитии от аналогичных отложений, например, в районе Вологды, где они залегают на значительной глубине и от палеозоя до настоящих дней непрерывно испытывали прогрессивно нарастающее гравитэнн» онное уплотнение. Поэтому если в районе Вологды глинистые отложе­ния кембрия представлены аргиллитами со следами сланцеватости, с естественной влажностью 5% и пористостью 15%, то в районе Сант-Петербурга это тугопластичные и полутвердые глины с влажностью 14% и пористостью 30% .

Приведенный пример хорошо показывает, что горные породы под влиянием постгенетических процессов могут сильно изменяться. Поэто­му когда говорят о генетическом подходе в грунтоведении, то имеют в виду, что состав, строение и свойства грунтов зависят от их генезиса и постгенетических процессов. Эта зависимость не абстрактное поня­тие; она проявляется в изменении особенностей состава, структуры и текстуры породы, что в конечном итоге обусловливает различие свойств пород. Это три равноценных фактора с точки зрения важности влияния их на свойства грунтов. Однако каждый из них может иметь домини­рующее значение в зависимости от генетического и петрографического типа породы, а также от того, какое свойство является предметом изучения.

В понятии термина «грунт» подчеркивается, что это любые горные породы и почвы, которые изучаются как многокомпонентные динамич­ные системы. Составляющим компонентами горных пород являются: твердая компонента — минеральная и органическая часть горных по­род, жидкая компонента — содержащиеся в пустотах пород природ­ные воды,.

газообразная компонента — газы в пустотах пород и живая компонента — главным образом микроорганизмы, обитающие в горных породах. Соотношение компонент в горных породах определяет их сос­тояние и свойства. Так, сухая глина обладает большой прочностью, а та же глина в водонасыщенном состоянии может течь под действием силы тяжести.

Представление о том, что горные породы изменяются во времени, является общеизвестным, но оно будет неполным, если не подчерк­нуть, что быстрые изменения горных пород происходят лишь в том слу­чае, когда соотношение между компонентами, составляющими горную породу, меняется достаточно быстро.

Это положение наиболее характерно для дисперсных грунтов, у которых особенно подвижны для компонента: вода и воздух, содер­жащиеся в их порах. В зависимости от того, полностью или частично будут заполнены поры водой (или газом) и содержатся в них живые организмы или нет, грунты могут являться двух-, трех- и четырехком-понентными системами.