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.