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

Глава 5. Особенности строения нижнемеловых грунтов.

При изучении гранулометрического состава нижнемеловых грунтов было установлено, что он достаточно широко изменяется как между различными стратиграфическими подразделениями, так в пределах каждого изученного подразделения. Среди исследованных автором грунтов (сюда же включены грунты, которые в массиве имеют сложное строение, и для которых определялся осредненный гранулометрический состав средневзвешенной пробы) выделено 7 гранулометрических разновидностей (по классификации ГОСТ 25100-95): пески мелкие и пылеватые, супеси песчанистые, суглинки легкие песчанистые, суглинки тяжелые песчанистые и пылеватые, глины легкие пылеватые.

Установлено, что песчаные грунты изученных стратиграфических подразделений хорошо сортированы, однородны по дисперсности; содержание песчаных частиц в мелких разностях варьирует от 90 до 96%, в пылеватых - от 85 до 96%; высокое содержание пылеватых и глинистых частиц является характерной особенностью нижнемеловых песков, оно колеблется от 5 до 10% в песках мелких, от 4 до 15% - в песках пылеватых.

Глинистые грунты изученных стратиграфических подразделений неоднородны (отмечено 13 типов по соотношению гранулометрических фракций). Им свойственно повышенное содержание песчаных частиц: в супесях оно изменяется от 66 до 86%, в суглинках легких - от 41 до 81%, в суглинках тяжелых - от 12 до 70%, в глинах легких - от 28 до 40%.

Анализ средневзвешенных проб, отобранных из горизонтально и линзовидно переслаивающихся песчаных и глинистых грунтов, показал, что по осредненному гранулометрическому составу в зависимости от соотношения мощностей прослоев (5-0,2 см) это преимущественно супеси и суглинки легкие песчанистые. Средневзвешенная проба из грунтов с текстурой <рябец> дает супеси, суглинки легкие и тяжелые песчанистые. Глинистые грунты, строение которых осложнено многочисленными ходами данных организмов, заполненных песком, по осредненному составу отнесены к суглинкам легким песчанистым, суглинкам тяжелым песчанистым и пылеватым, глинам легким пылеватым.

Важной характерной особенностью грунтов некоторых стратиграфических подразделений является присутствие в них высокодисперсных коллоидных частиц (< 0,2 мкм) в количестве 1-2% в песках пылеватых, 2-8% в супесях песчанистых. Это могут быть частички глинистых минералов, гидроксидов железа и алюминия, аморфного кремнезема, а также органическое вещество, которые обеспечивают длительную устойчивость суспензии и способность грунтов переходить в высокоподвижное состояние при внешних воздействиях. Присутствие в нижнемеловых грунтах частиц < 0,2 мкм обуславливает также их высокую водоудерживающую способность, низкую водоотдачу.

На основании полученных значений коэффициента агрегированности частиц < 0,005 мм установлено, что менее прочные пластифицированно-коагуляционные структурные связи преобладают в супесях и легких суглинках, а также в более молодых образованиях (парамоновской и ворохобинской свит), тогда как более прочные связи смешанного типа - в суглинках тяжелых и в более <зрелых> глинистых грунтах котельниковской и савельевской свит.

Исследованием микроагрегатного состава нижнемеловых глинистых грунтов также установлено, что они агрегированы преимущественно в мелкопесчаной и крупнопылеватой фракциях.

Проведенные исследования в шлифах и под бинокуляром позволили проследить взаимосвязь минерального состава, размеров и морфологии частиц в нижнемеловых грунтах. Выявлено, что во всех исследованных грунтах наибольшим разнообразием минералов отличаются фракции 0,5-0,25 мм и 0,25-0,1 мм. В наиболее крупных фракциях (> 2 мм, 2,0-1,0 мм, 1,0-0,5 мм, 0,5-0,25 мм) сосредоточены обломки пород, в более мелких (0,25-0,1 мм, 0,1-0,05 мм, < 0,05 мм) - темноцветные минералы; кварц присутствует во всем диапазоне песчаных размерностей. Глауконит в тех грунтах, где он выступает в качестве породообразующего, присутствует в размерном диапазоне 1,0-0,1 мм. Все обломочные зерна в составе нижнемеловых грунтов обнаруживают тенденцию снижения степени окатанности с увеличением дисперсности.

Анализ литературных и фондовых данных, а также материалов собственных исследований позволил выделить по особенностям макростроения среди нижнемеловых дисперсных грунтов четыре группы: 1) пески различной крупности (преимущественно мелкие и пылеватые), с разными типами слоистости в массиве (горизонтальной, косой, волнистой), иногда содержащие тонкие прослои, примазки и линзы глин (не более 5% от мощности пачки), а также железистые либо фосфатные стяжения; 2) глинистые грунты (глины, суглинки, супеси), как со слоистыми макротекстурами, так и с массивными неслоистыми, иногда включающие гнезда, тонкие прослои и линзы песков (не более 10% от мощности пачки); 3) различные (по соотношению мощностей песчаных и глинистых прослоев) виды переслаиваний (преимущественно тонких горизонтальных, линзовидных, волнистых) песков пылеватых и мелких с глинистыми грунтами либо только глинистых грунтов различной дисперсности; 4) грунты со сложными текстурами (<рябец> и ее разновидностями), а также глинистые грунты либо переслаивающиеся песчаные и глинистые, строение которых осложнено многочисленными ходами донных организмов.

В результате исследования в шлифах нижнемеловых грунтов различных стратиграфических подразделений было охарактеризовано их мезостроение на основании классификаций Н.В. Логвиненко (Логвиненко, 1984) и В.Т. Фролова (Фролов, 1995) с изменениями автора.

Выявлено, что нижнемеловые песчаные грунты имеют псаммитовую (редко алевро-псаммитовую) равномернозернистую тонкозернистую и мелкозернистую мезоструктуры, беспорядочную мезотекстуру; глинистые грунты - алевро-пелито-псаммитовую и пелито-псаммитовую мезоструктуры, преимущественно беспорядочные мезотекстуры (местами со следами биотурбаций), преобладает поровый тип заполнителя.

Отличительной особенностью мезостроения глауконитовых и кварц-глауконитовых разностей является то, что в шлифах они выглядят как песчаники: песчаных размеров зерна существенно превалируют над глинистым матриксом. Однако по составу и свойствам это типично глинистые грунты (с высоким содержанием глинистых частиц (19-30%), проявлением пластичности и гидрофильности). Объясняется это тем, что каждое зерно глауконита, представляет собой глобулярный агрегат глинистых частиц с <рыхлой> высокопористой структурой, и проявляет свойства, характерные для слоистых алюмосиликатов.

При количественных РЭМ-исследованиях образцов нижнемеловых грунтов установлено, что они характеризуются микроструктурами от тонко- до крупнодисперсных, средне- и высокоориентированными, преимущественно со смешанным типом связей между структурными элементами (по классификации В.Н. Соколова, 1989). При качественном описании преобладает матричная микроструктура, встречаются также скелетная, турбулентная и ламинарная микроструктуры, причем вариации строения нередко наблюдаются в пределах одного образца, что может свидетельствовать о микродеформациях, происходящих как во время формирования грунта, так и в ходе постгенетических изменений.

Наиболее дисперсные разности - глины легкие и суглинки тяжелые - характеризуются преобладанием микроагрегатов глинистых частиц (с контактами между частицами по типу базис-базис и базис-скол под малыми углами), наличием окатанных и полуокатанных зерен кварца с преимущественно гладкой поверхностью, следами изменения на поверхности зерен полевых шпатов. Менее дисперсные разности характеризуются меньшей агрегированностью глинистых частиц (с контактами базис-скол и скол-скол под малыми углами); более неровной, бугристой поверхностью полуокатанных, полуугловатых и угловатых кварцевых зерен, имеющих часто глинистые <рубашки>; присутствием в разной степени разрушенных зерен полевых шпатов. Округлые зерна глауконита (в глауконитосодержащих грунтах) легко разрушаются при внешнем воздействии; при этом вскрывается внутренняя сложная микроструктура зерен, образованная высокодисперсным глинистым материалом.

В поровом пространстве исследованных нижнемеловых грунтов отмечено преобладание крупных анизометричных межмикроагрегатных и межмикроагрегатно-зернистых микропор размером 13-114 мкм (51-70% от общей пористости).