Строение толщ и инженерно-геологические особенности нижнемеловых грунтов территории г. Москвы

Глава 4. Химико-минеральный состав нижнемеловых грунтов как отражение условий их формирования и постгенетических изменений.

В результате обобщения данных иммерсионного анализа фракции 0,05-0,25 мм, содержащихся в фондовых материалах, выпущенных коллективами под руководством А.Г. Олферьева, В.Г. Бурковского (1986 г.) и Т.Ю. Жаке (1990 г.) установлено, что легкая фракция нижнемеловых песчаных и пылевато-глинистых грунтов (алевритов) всех стратиграфических подразделений имеет преимущественно кварцевый состав (от 75 до 100% кварца) со значительной примесью полевых шпатов. Причем в среднем содержание полевых шпатов в глинистых разностях выше, чем в песчаных (3,9-15,6% и 1,1-7,5%, соответственно).

Среди акцессорных обломочных минералов в тяжелой фракции нижнемеловых грунтов присутствуют наиболее устойчивые разновидности - ильменит, циркон, рутил, турмалин. В разных количествах к этой ассоциации примешиваются дистен, ставролит, силлиманит, гранат. Подобные ассоциации первичных минералов свидетельствуют о преобладании среди источников сноса обломочного материала областей разрушения метаморфических пород (вероятно, кристаллических сланцев). Такими областями могли быть платформенные щиты - Балтийский и Украинский. Повышенные количества менее устойчивых минералов (эпидот, апатит, сфен) появляются в грунтах икшинской, гремячевской, ростовской свит и кунцевской толщи, формирование которых обусловлено, вероятно, быстрым темпом осадконакопления, связью с бореальным бассейном и источниками сноса в районе Балтийского щита.

Аутигенными минералами в составе песчаных и пылевато-глинистых нижнемеловых грунтов являются пирит, лейкоксен, сидерит, гидроксиды железа и марганца, глауконит. Глауконит, аутигенный и переотложенный, содержится в значимом количестве преимущественно в песчаных фракциях в грунтах кунцевской, дьяковской толщ, лопатинской, гаврилковской и парамоновской свит. Цвет его зерен (от темно- и светло-зеленого до бурого) служит признаком степени вторичных изменений химико-минерального состава грунтов.

Аутигенные гидроксиды железа (гетит) отмечаются в нижнемеловых грунтах в виде рассеянных и сгустковых скоплений (стяжений или даже <оруднелых> колец), они также могут обогащать отдельные прослои. Может наблюдаться перераспределение гидроксидов железа, образование пленочных, поровых и сгустковых железистых цементов. Следует отметить, что среди процессов постседиментационных преобразований нижнемеловых грунтов аутигенное минералообразование и цементация, играют существенную роль в формировании их инженерно-геологических свойств.

Исследования минерального состава нижнемеловых грунтов методом рентгеновской дифрактометрии также показали абсолютное преобладание кварца над другими минералами (рис. 2). Другие первичные силикаты (полевые шпаты, минералы группы роговой обманки, слюды) отмечены в качестве примесей.

Содержание глинистых минералов варьирует от 0 до 3% в песках, от 1 до 19% - в супесях, от 3 до 19% в легких суглинках и от 14 до 42% в тяжелых суглинках и легких глинах. Ассоциации глинистых минералов, встречающиеся в составе грунтов различных стратиграфических подразделений варьируют по территории г. Москвы, отражая условия формирования отложений и характер постгенетических изменений. В супесях и части легких суглинков характерный тип ассоциации (по В.Г. Шлыкову (Соколов и др., 1997)) определить трудно из-за близости содержаний глинистых минералов, а преобладают либо каолинит с хлоритом, либо иллит с гидрослюдой. В тяжелых суглинках и легких глинах увеличивается содержание минералов с раздвижной решеткой, появляется тип ассоциации СГК, где превалируют смешанослойные минералы.

Почти повсеместное присутствие в песчаных и пылевато-глинистых грунтах каолинита является для грунтов морского генезиса одним из важнейших свидетелей перемыва кор выветривания и частых смен направленности тектонических движений и палеогеографических обстановок в раннем мелу.

Исследованные нижнемеловые грунты содержат также рентгеноаморфное вещество (РАВ) в количестве от 0 до 36% (максимальное его содержание отмечено в грунтах парамоновской свиты района Ясенево). В состав РАВ могут входить скрытокристаллические (очень тонкого размера - доли микрона) разности кварца, глинистых минералов, а также аморфное минеральное (гидроксиды Si, Al, Fe) и органическое вещество. Они встречаются в виде рубашек (пленок), стяжений, тонкорассеянных частиц в коллоидной фракции или в качестве цемента и оказывают влияние на свойства грунтов.

Повышенное содержание каолинита и РАВ, присутствие ярозита и гипса являются индикаторами преобразования сносимого с суши дисперсного материала.

Рис. 2. Минеральный состав нижнемеловых грунтов по данным рентгеновской дифрактометрии

Среди нижнемеловых грунтов встречаются специфические глауконитовые и кварц-глауконитовые разности (они отмечены в составе нескольких стратиграфических подразделений) характеризующиеся при содержании глауконита до 80% всех обломочных зерен, существенным снижением роли кварца (до 23%), обязательным присутствием смешанослойных минералов с высокой долей разбухающих пакетов (до 29%) и иногда нонтронита (до 10%), высоким содержанием РАВ (26-36%). Смешанослойные и нонтронит, вероятно, представляют собой промежуточные фазы при реализации процесса глауконитообразования в восстановительных условиях по ряду кремнезем + Fe + другие компоненты → нонтронит → смешанослойные → глауконит. Возможен также вариант, что нонтронит сформировался за счет деградации глауконита в морском осадке (Плюснина, Фролов, 2005).

Исследованные песчаные и глинистые грунты в целом бескарбонатны. Карбонаты, присутствующие в незначительном количестве (0,05-0,3%) в части песков икшинской и ростовской свит, суглинках гремячевской свиты, представлены зернами аллотигенного кальцита. Исключение составляют супеси савельевской свиты района Ново-Переделкино - в них новообразования кристаллов кальцита в глинистом матриксе зафиксированы в количестве 11%.

Содержание органического вещества в исследованных грунтах в целом незначительное (до 0,4%). В значимом количестве органика отмечена в суглинках ворохобинской свиты (1,3%), сформировавшихся в условиях обширной сложной дельты (органический материал приносился в дельтовую область с покрытой пышной растительностью суши), а также в суглинках савельевской свиты (6,3%), образование которых происходило в лагунных условиях со спокойным, даже застойным гидродинамическим режимом.

В составе водорастворимых солей песчаных и глинистых нижнемеловых грунтов среди катионов в большинстве случаев преобладают натрий и калий (иногда кальций), среди анионов - сульфаты (значительно реже гидрокарбонаты или хлор). В соответствии с содержанием водорастворимых солей все исследованные грунты являются незасоленными.

Большинство исследованных грунтов имеют низкую коррозионную агрессивность к свинцовой и алюминиевой оболочкам кабеля по ГОСТ 9.602-2005. По степени агрессивного воздействия на конструкции из бетона, согласно СНиП 2.03.11-85, нижнемеловые грунты являются преимущественно неагрессивными либо слабоагрессивными.

Подземные воды, насыщающие нижнемеловые отложения, пресные и солоноватые; при преобладании гидрокарбонатного кальциевого типа отличаются высокой изменчивостью химического состава, что объясняется их техногенным загрязнением.

Для трех выделенных областей (А, В и С, см. выше) установлена зависимость степени агрессивности подземных вод нижнемеловых отложений от строения толщи и ее положения в современном рельефе. В пределах водоразделов, где кровля нижнемеловых грунтов залегает на глубинах более 10 м и межпластовые воды менее уязвимы для поступления загрязняющих веществ, агрессивность к бетону марки W4 отсутствует (исключая участки с большой мощностью техногенных грунтов или с преимущественно песчаным составом перекрывающих четвертичных образований). В долинах рек, бортах оврагов, где зачастую коренные породы выходят на поверхность, а также на некоторых участках склонов водоразделов (при глубине залегания кровли нижнемеловых грунтов менее 10 м) воды приобретают агрессивность. Встречаются проявления сульфатной (слабая, средняя и сильная степени), углекислотной (слабая и средняя степени) и общекислотной (слабая степень) агрессивности к бетону.