Основные черты инженерно-геологических условий Беларуси определились в ходе геологического развития Восточно-Европейской платформы. Анализ истории геологического развития позволяет установить закономерности строения основных геологических тел, выявить особенности их отражения в рельефе и характер пространственной изменчивости свойств горных пород.
На территории Республики Беларусь и смежных с нею областей получили распространение все основные типы структур различных порядков чехла и фундамента древней платформы. Для региона характерны стратиграфическая полнота разреза и разнообразный набор формационных рядов чехла.
Основным этапам платформенного развития земной коры в пределах Беларуси и смежных областей соответствуют три типа чехла платформы - нижнери-фейский (квазиплатформенный), среднерифейско-нижневедский (катаплатформенный) и верхневедско-фанерозойский (ортоплатформенный).
Первые два типа чехла сформировались в доплитные этапы развития платформы, а ортоплатформенный - в плитные. Доплитные этапы имели продолжительность около 1 млрд лет, плитные – 600 - 650 млн лет.
Плитным этапам развития запада Восточно-Европейской платформы соответствуют: позднебайкальский, каледонский, герцинский и киммерийско-альпийский этапы.
Неотектонический этап развития структур и формирования геологических тел начался с момента установления континентальных условий и регрессии последнего для этой территории харьковского моря. Исходя из особенностей геологического развития территории на неотектоническом этапе выделяются две стадии формирования этапа в развитии земной коры.
На первой стадии в позднем олигоцене и в неогене продолжались активные неотектонические движения в пределах всех выраженных в рельефе тектонических структур, в основном - вдоль линий древних разломов, а также в районах, осложненных соляной тектоникой.
В середине плиоцена началось заметное воздымание юго-востока, причем наиболее значительным оно было у южного борта Припятского прогиба и, видимо, достигало порядка 40 - 60 м. Это вызвало размыв на многих участках ранее накопившихся отложений и привело к тому, что к концу неогена площади, занятые этим прогибом, Жлобинской седловиной и западными склонами Воронежской антеклизы, оказались приподнятыми относительно более западных и северо-западных структур того же ранга.
Таким образом, основные черты доантропогенового рельефа Беларуси сложились в палеоген-неогеновое время, когда произошли последние морские трансгрессии и были снивелированы неровности рельефа мелового времени.
В плейстоценовое время пришедшие с севера ледники в определенной степени сгладили доледниковый рельеф и погребли его под мощной толщей собственно-ледниковых и межледниковых осадков.
В основном своем распространении плейстоценовые отложения косвенно отразили общий структурный план доантропогеновой поверхности, что отчетливо прослеживается на геоморфологических картах и картах мощностей четвертичных отложений. В ходе неотектонического развития в результате более резкого воздымания востока и юга и относительного отставания в подъеме северо-запада образовался общий перекос поверхности с юго-востока на северо-запад и на этом фоне более приподнятыми оказались восточные и южные края.
Плейстоценовая стадия испытывала заметное влияние неотектонических процессов на характер распространения материковых оледенений, неоднократно проникавших в пределы Беларуси. Так, в результате приподнятости юго-востока белорусский ледник обошел это поднятие и подвинулся по более опущенному западному участку. Позднее территория Припятского прогиба была захвачена нисходящими движениями, поэтому следующий бере-зинский ледник частично проник и сюда, оставив горизонт водно-ледниковых образований. На рубеже раннего и среднего антропогена отмечались дифференцированные восходящие движения, что на ряде участков привело к врезанию крупных рек до коренных пород.
Заметное погружение поверхности происходит в период отрицательных движений при наступлении днепровского ледника, особенно мощного вдоль долины Днепра. После деградации этого ледника интенсивно воздымалась восточная часть Беларуси.
Анализ геологических данных показывает, что каждый ледниковый покров на трансгрессивной стадии приводил к гляциоизотоническому опусканию занимаемой им площади, а на регрессивной - к ее воздыманию. Размах этих движений мог достигать многих десятков метров, а при максимальном оледенении - до 100 м. При этом происходила активизация разломных зон древнего заложения и появление ряда нарушений в залегании пород (гляциодислокаций) в приповерхностной части земной коры до глубины 100 - 250 м.
Плейстоценовые отложения повсеместно развиты на территории Беларуси и являются основанием практически всех инженерных сооружений. Поскольку территория Беларуси в геологическом отношении относится к закрытым районам, имеющиеся сведения получены в результате анализа значительного по объему бурового фактического материала. В Беларуси отложения нижнего и среднего плейстоцена залегают на коренных породах различного возраста - от архейских до плиоценовых. В северных районах - это терригенные и карбонатные породы среднего и верхнего девона, в центральной части - кварцево-глеуконитовые пески и мергельно-меловая толща верхнего мела, на юге - разнообразные (преимущественно терригенные) породы палеогена и неогена.
Доплейстоценовые отложения присутствуют в толще ледниковых образований (до 100 - 110 м мощности) в виде отторженцев различных размеров. При продвижении ледниковых покровов и таянии льда они оказывали существенное влияние на минералогический состав плейстоценовых отложений.
Плейстоценовые отложения развиты повсеместно и перекрывают чехлом неравномерной толщины всю территорию страны. В долинах наиболее крупных рек и их притоков (Западная Двина, Днепр, Сож, Припять и др.) этот чехол разорван, и на дневную поверхность выступают девонские (северная часть), меловые, палеогеновые или неогеновые породы (средняя и южная часть).
Накопление плейстоценовых отложений происходило при условии тесной связи с современным и погребенным рельефом, что, например, находит отражение в строении, генезисе и распределении мощностей плейстоценового покрова. В основном максимальные мощности (свыше 300 м) приурочены к долинам рек и современным возвышенностям. Минимальные мощности характерны для погребенных возвышенностей и молодых участков современных речных долин. Они определяются главным образом тектоническими факторами, хотя их влияние носит весьма сложный характер. Так, Минская и Новогрудская возвышенности, где мощности плейстоценовых отложений весьма значительны, испытывают современные тектонические движения положительного знака. Эта особенность может быть объяснена последующими инверсиями тектониче ских блоков, на которые разбита поверхность кристаллического фундамента Беларуси.
Среднечетвертичные отложения представлены тремя горизонтами ледниковых и двумя межледниковыми горизонтами.
Морена березинского возраста отличается от морен более молодых по цвету, характеру включений и грацулометрическому составу. В ней преобладают окатанные зерна кварца, аналогичные кварцевым зернам из пород полтавской свиты.
Водно-ледниковые отложения выражены в виде мелко- и разнозернистых песков и глинистых осадков. Мощность их измеряется несколькими десятками метров.
Днепровский подгоризонт на территории Республики Беларусь распространен широко. Ледник днепровского возраста сплошным чехлом покрывал всю территорию страны. Сплошное распространение днепровская морена имеет в центральной части республики (Белорусская гряда), где залегает непосредственно с поверхности к югу от границы поозерского оледенения.
На обширных участках территории Беларуси, к югу от границы поозерского (валдайского) оледенения, морена московского и днепровского оледенений перекрывается водно-ледниковыми и реже — озерно-ледниковыми отложениями стадии отступания московского и днепровского ледников (рис. 3.10). Мощность их достигает 30 - 45 м, но чаще – 5 - 15 м. Сложенные в основном мелко- и среднезернистыми песками эти отложения на севере Полесской низменности формируют обширные зандровые равнины.
Верхнечетвертичные отложения. Поозерский горизонт хорошо изучен. Морена поозерского ледника встречается практически на всей территории северной части республики, которая была покрыта поозерским ледником. Отсутствует она лишь на отдельных участках озерно-ледниковых низин, сложенных ленточными глинами или глинами, переслаивающимися с песками (Суражская, Лучесинская, Полоцкая, Дисненская и другие низины). Поозерский горизонт имеет двучленное строение, которое увязывается со стадиями оледенения. Встречаются моренные отложения поозерского возраста, в основном с абсолютных отметок 125 - 175 м. В зонах краевых образований поверхность морены поднимается до 200 м и более и образует современный рельеф. Моренные отложения представлены красно-бурыми валунными суглинками, супесями с линзами песков, ленточных глин, алевритов. Морена более поздней браславской стадии представлена красно-бурыми с малиновым оттенком валунными супесями, суглинками, глинами, содержащими прослои и линзы гравийно-галечного материала и косослоистых песков. Отторженцы в толще редки и невелики по размеру. Мощность моренных отложений колеблется чаще всего в пределах 10 - 14 м, но на отдельных грядах достигает 60 - 70 м.
Водно-ледниковые отложения поозерского оледенения представлены флювиогляциаль-ными и озерно-гляциальными осадками. Они покрывают с поверхности морену поозерского оледенения, а к югу от этой границы слагают участки перигляциальных образований (лессовые отложения Оршанской, Минской, Новогрудской возвышенностей. Мозырской, Копыльской, Ошмянской гряд, Оршанско-Могилевского плато).
Во внеледниковой зоне сформировались отложения, слагающие надпойменные террасы большинства рек Беларуси. Надпойменные террасы занимают обширные пространства Белорусского Полесья, и их внутреннее строение резко различно. В пределах этих областей аккумуляции проведены большие объемы мелиоративных работ, проектируются и строятся многие гидротехнические сооружения, трассы дорог, промышленные и гражданские объекты. В связи с этим картирование площадей, сложенных аллювиальными отложениями различного возраста, имеет не только теоретическое, но и большое инженерно-геологическое значение.
Вторые надпойменные террасы имеют значительное распространение в пределах Белорусского Полесья. Подошвой отложений террас служит в большинстве случаев морена днепровского ледника, на которую аллювий ложится нормально, в виде пачки слоистых мелкозернистых песков. Реже в основании аллювия залегают серые, разно- и крупнозернистые пески базального горизонта (вскрыты рядом буровых скважин) или нерасчлененные межморенные отложения среднего плейстоцена. Вместе с тем, установлено, что аккумуляции аллювиальных осадков предшествовали довольно глубокие эрозионные врезы, в результате чего межморенные отложения оказались размытыми, а в ложбинах сформировались осадки разного литологического состава.
Покрывающий более древние отложения четвертичный чехол сформировал основные черты рельефа Беларуси и его формы. В общепри нятом понимании вся территория делится на три крупные геоморфологические зоны: северную (Белорусское Поозерье), центральную (Белорусская гряда с прилегающими Центрально-Белорусской равниной и Восточно-Белорусским плато) и южную (Белорусское Полесье).
В пределах Белорусского Поозерья развит свежий ледниковый рельеф с хорошо сохранившимися конечными моренами, крупными и мелкими моренными холмами, друмлинами, камами и озами. Среди форм рельефа наибольшие площади занимают ледниково-аккумулятивные, водно-ледниковые, речной эрозии, термокарстовые, эоловые и формы озерно-болотной аккумуляции.
Белорусская гряда существенно отличается от рельефа Поозерья. Она характеризуется резким преобладанием обособленных выпуклых форм, разделенных широкими, хорошо разработанными долинами рек, а также привязанными к ним многочисленными мертвыми долинами и денудационными ложбинами, которые образуют единую сложную и довольно разветвленную цепь. Одной из характерных черт рельефа Центрально-Белорусской равнины, как и области Белорусской гряды, является наличие разветвленной сети древних «мертвых» долин и ложбин. Восточно-Белорусское плато представлено лессовидными породами с западинами и оврагами, хорошо выраженными в рельефе.
Для Белорусского Полесья характерно наличие плоских водноледниковых равнин и речных террас, понижающихся от 150 - 180 м с севера и запада до 120 - 140 м к югу и 100 м - к юго-востоку.
Изучение инженерно-геологических условий территории Республики Беларусь началось в 30-е гг. XX в. Большой вклад в методологию, теорию и практику инженерно-геологических исследований внесли Г. В. Богомолов, М. Ф. Козлов, В. Г. Лободенко, Ю. А. Соболевский, Д. Ю. Соболевский, Л. Н. Викарук, И. Г. Лукинская, Л. К. Морозова, С. С. Яновская, М. Ф. Макарочкин, В. Н. Шарай, Н. И. Ловы-гин, М. И. Никитенко, Л. Д. Медведев, С. П. Гудак, А. П. Лавров, Л. И. Шаповал, Н. И. Парфенова, Н. Н. Баранов, И. Н. Герасенкова, Ю. П. Большедонова, В. Д. Коркин, И. А. Бусел и многие другие.
Мощность доплейстоценовых отложений закономерно увеличивается во впадинах, а на отдельных участках фундамент близко подходит к поверхности (Микашевичский выступ, Центрально-Белорусский массив и др.). В верхней зоне породы фундамента выветрелые. Осадочная толща палеозоя и мезозоя сложена известняками, мергелями, ангидритами и другими прочными породами высокой растворимости. Проведенными испытаниями на специально сконструированных прессах с давлением до двух тонн были получены следующие показатели механических свойств: мергели без включений гипса и ангидрита - Sст=105 - 230МПа, Sp= 6 - 23 МПа, угол внутреннего трения ср = 54 - 62, коэффициент сцепления С = 86 - 125 МПа, модуль деформации - 7 МПа, в воде интенсивно размокают; мергели с прослоями гипса и ангидрита - Sст – 21 - 31 МПа, Sр = 7,8 - 16,5 МПа, ср = 37 - 41, С = 7,8 - 17,5 МПа, в воде размокают медленно и не набухают; ангидриты - Sст = 60 - 65 МПа; глины ангидритовые - Sст = 70 - 80 МПа; глины с гнездами соли и ангидрита - Sст = 35 - 55 МПа, SР = 25 - 39 МПа, ср = 37 - 54, С = 28 -39 МПа; сильвинит - SР = 21 МПа; сильвинит-галитовая порода - SР = 18 - 20 МПа, карналит-галитовая - SР = 4 -5 МПа. В направлении кровли прочностные свойства пород снижаются. Так, меловые отложения обладают высокой чувствительностью к нарушению естественного сложения, сопровождающегося резким падением прочности (от 4 -5 МПа до 0). Уменьшение прочности свойственно палеогеновым и неогеновым отложениям. Разработка полезных ископаемых усложнена наличием водоносных горизонтов, причем с ростом мощности отложений во впадинах увеличивается количество водоносных горизонтов (Припятская, Подлясско-Брестская и другие впадины).
Плейстоценовый покров повсеместно распространен на территории Беларуси, а его верхняя в основном 10 - 20-метровая толща находится в зоне активного воздействия сооружений массовых видов строительства. Среди выделенных на этих глубинах 14 типов грунтовых толщ наименьший процент падает на песчаные и глинистые толщи, подстилаемые скальными (< 1 %). Ограниченное распространение (< 1 %) имеют также песчаные, переслаивающиеся с грубообломочными. Друйской, Суражской и Лучесской низинам. При активном дренировании и замачивании ленточных глин в горных выработках возникают оползни, усложняющие эксплуатацию карьеров.
К средней части Беларуси приурочены основные массивы лессовидных отложений - Новогрудская и Минская возвышенности, Оршанско-Могилевское плато. В испытанных 82 образцах при дополнительном давлении 0,2 - 0,3 МПа просадочными оказались 16 образцов. С глубиной степень просадочности уменьшается, что связано с особенностями гипергенной перестройки верхней части. Наиболее просадочными оказались образцы пород, взятых на Новогрудской возвышенности и Оршанско-Могилевском плато (0,014 - 0,047).
Со сложными инженерно-геологическими условиями приходится сталкиваться в пределах вторых надпойменных террас и древних ложбин стока юга Беларуси. Выявленные закономерности в строении грунтовых толщ показали, что нижняя часть разрезов на глубинах 10 - 15 м сложена супесями и суглинками с низкими показателями несущих свойств. Это в значительной степени усложняет строительство крупных мостовых переходов.
Аллювиальные грунтовые толщи распространены в Белорусском Полесье, где они слагают поймы и обширные надпойменные террасы рек Днепра, Припяти и др. Значительно меньшую ширину они имеют в долинах Немана, Западной Двины и других рек в средней и северной частях Республики Беларусь.
По степени водонасыщения грунтов территория делится на три обособленные зоны. В пределах этих зон состояние грунтов в разрезе толщи, обусловленное фазовым состоянием воды, однотипно и регионально выдержано.
Первая - это зона преимущественного распространения сильно увлажненных и увлажненных грунтовых толщ. К ней относят Белорусское Полесье и Центрально-Березинскую равнину.
Вторая - зона преимущественно слабоувлажненных толщ - приурочена к Белорусской гряде и Оршанско-Могилевскому плато.
Третья - зона преимущественно увлажненных грунтовых толщ - охватывает Белорусское Поозерье. Таким образом, для территории Беларуси характерны специфические особенности распространения различных по составу дисперсных грунтов, слагающих повсеместно весь разрез толщи. При этом наблюдается закономерное изменение состава, строения и состояния грунтов при переходе от северных районов к южным, что определяет изменение водно-физических и физико-механических свойств пород. В целом можно выделить две характерные зоны по содержанию обломочных фракций - северную с валуносо-держащими фракциями и южную, сложенную преимущественно песчано-глинистыми отложениями. Граница между этими зонами приближенно проходит вдоль глубоких региональных разломов на севере Подлясско-Брестской и Припятской впадин. Кроме того, этим зонам присущи свои особенности распространения грунтовых толщ, различных групп, свойства которых изменяются в субширотном направлении.
