Главные закономерности формирования свойств грунтов разных генетических классов

Магматические грунты

Формирование свойств магматических горных пород как грунтов начи­нается с момента зарождения магмы в глубинах Земли. Длительные тесно связанные между собой и последовательно сменяющие друг друга сложные физические, химические и физико-химические процессы, происходящие в течение зарождения и раскристаллизации магмы, обусловливают многообра­зие химического и минерального состава изверженных пород.

Уже в начальных глубинных процессах возникновения горных пород зало­жены будущие различия в их свойствах, обусловленные различным химическим составом магм, разной вязкостью расплавов и различным содержанием в них летучих компонентов. Огромное влияние на формирование состава, струк­туры и текстуры породы оказывают условия кристаллизации. По мере движе­ния магмы в верхние части земной коры, вплоть до излияния на поверх­ность, в ней резко меняются термодинамические условия: падает давление, уменьшаются температуры, увеличивается вязкость расплава вследствие по­тери флюидов. Начинают образовываться первые кристаллы. Обычно это вы­сокотемпературные минералы, такие, как магнезиальный оливин, пироксен, титаномагнетит, а также, при медленном застывании магмы, плагиоклазы. Центров кристаллизации на этой стадии мало и зарождающиеся кристаллы имеют возможность свободно расти в расплаве. Образуются крупные кристал­лы минералов; при благоприятных тектоно-магматических условиях форми­руются интрузивные тела с крупнозернистой структурой.

Высокотемпературные минералы, возникшие в глубинных зонах земной коры, попадая в иную термодинамическую обстановку по мере подъема маг­мы, становятся неустойчивыми и значительно легче поддаются вторичным изменениям, чем низкотемпературные, образовавшиеся в приповерхностных условиях.

Изливаясь на поверхность, магма может попасть как в водную, так и воз­душную среду, что вызывает определенные различия в структуре и текстуре породы. При подводном излиянии, в результате взаимодействия расплава с водой, происходит образование большого количества паров воды, формиру­ются пузырчатые текстуры. Благодаря высоким напряжениям, возникающим при быстром охлаждении горной породы в воде, происходит образование трещин как внутри минералов, так и внутри лавового потока. При наземных излияниях на поверхности потоков быстро образуется так называемая короч­ка закаливания, которая препятствует удалению из внутренних частей лаво­вых потоков различных газов. При этом в верхней части потока формируются породы, содержащие значительное количество крупных пор и резко отлича­ющиеся по своим свойствам от пород того же состава, слагающих внутренние части потока.

Наиболее обстоятельно изучено влияние вещественного состава магмати­ческих горных пород на их плотность.. Среди интрузивных пород наиболее низкая плотность у гра­нитов (р = 2,57 г/см³). По мере увеличения основности плотность интрузивных горных пород возрастает; ее средние значения у гранодиоритов 2,7 г/см³, квар­цевых диоритов 2,75, диоритов 2,80, габбро 2,95, серпентинизированныхги-пербазитов 3,0, пироксенитов 3,20, у перидотитов 3,27 г/см³. Та же тенденция наблюдается и в изменении плотности эффузивных горных пород: для пород кислого состава (липаритов) плотность равна в среднем 2,35 г/см³, для пород среднего состава (андезитов) — 2,50, для основных (базальтов) — 2,54 г/см³. Палеотипные эффузивные породы имеют более высокие значения плотности: от 2,60 г/см³ у кварцевых порфиров до 2,85 г/см³ у диабазов. Следует также отметить, что при одинаковом химическом составе эффузивные породы все­гда имеют более низкую плотность, чем интрузивные.

Физико-механические свойства изверженных горных пород изменяются в широких пределах в зависимости от их строения. Структуры и текстуры эффу­зивных и интрузивных пород различны. Для палеотипных излившихся пород характерны сферолитовые структуры, которые образуются при девитрифика-ции стекла. Для кайнотипныхэффузивов наиболее типична афанитовая струк­тура. Горные породы с подобными структурами имеют высокую механичес­кую прочность и одновременно характеризуются хрупкостью. Текстуры вулка­нических пород также различны; наиболее распространены массивные, пузырчатые и миндалекаменные текстуры. Влияние текстур на физико-меха­нические свойства эффузивных пород очень велико. Например, прочность базальтов с массивной текстурой обычно превышает 200 МПа, а базальты того же состава с грубопузырчатой текстурой характеризуются прочностью на сжатие 20—40 МПа. Породы с миндалекаменной текстурой значительно проч­нее пузырчатых, но благодаря своей неоднородности уступают в прочности массивным разновидностям. Сходное влияние оказывает и порфировая струк­тура, характерная не только для эффузивных, но и для дайковых пород, а также для пород малых интрузий.

Осадочные грунты

Совокупность геологических процессов, определяющих современный со­став, строение, состояние и свойства осадочных горных пород, принято на­зывать литогенезом. Процессы литогенеза условно разделяют на ряд стадий: гипергенез — выветривание — разрушение кристаллических и других пород, образование новых минералов, обломков пород и минералов, коллоидных и истинных растворов; седиментогенез — перенос и отложение материала — образование осадка; диагенез — превращение осадка в осадочную породу; ка­тагенез — изменения осадочной породы; метагенез — глубокие изменения осадочной породы — образование метаморфизованных осадочных пород. Пос­ледние две стадии иногда объединяют одним понятием — эпигенез.