Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Закономерности формирования состава и физико-механических свойств карбонатной муки в районах развития карста (на примере западной части Токмовского свода)

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Закономерности формирования состава и физико-механических свойств карбонатной муки в районах развития карста (на примере западной части Токмовского свода)"

ГОССТРОЙ РСФСР ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ И НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО ИЖЕНЕРНЫМ ИЗЫСКАНИЯМ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ ( ПНИЖС )

На правах рукописи

САФРОНОВА Антонина Александровна

УДК 551.44:624.131.1

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СОСТАВА И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КАРБОНАТНОЙ МУКИ В РАЙОНАХ

РАЗВИТИЯ КАРСТА ( на примере западной части Токмовского свода )

Специальность 04.00.07 - Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва - 1990

Работа выполнена и Производственном и научно-исследовательском институте по инженерным изысканиям в строительстве С ПНИИИС ) Госстроя РМЙР.

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук И.Г.Коробанова

Консультант: кандидат геолого-минералогических на-

ук В.П.Хоменко

Официальные оппоненты ¡доктор геолого-минералогических наук Л.А.Ярг

кандидат геолого-минералогических наук Н.А.Миронов

Ведущее предприятие: Горьковский трест инженерно-строительных изысканий Госстроя РСФСР.

Защита диссертации состоится " " [ъЛ 1990 г.,

в часов на заседании специализированного совета К.033.11.

в Производственном и научно-исследовательском институте по инженерным изысканиям в строительстве ( ДНИИЙС ) Госстроя РСФСР.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПНИИИС по адресу: 105058, Москва, Окружной проезд, 18.

Автореферат разослан /¿¿Д сЛ 1990 Г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат геолого-минералогических наук

О.В.Слинко

ГСТГЕНШ

сг:и»

тдч/1 тщий

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность. Широкое распространение карбонатной муки, зале-

гающей нередко с поверхности или на небольшой глубине, характерно для многих районов СССР. Изучение закономерностей формирования состава и физико-механических свойств карбонатной муки имеет важное значение, т.к. является составной частью двух крупных проблем инженерного карстоведения:

1. Проблемы изучения закономерностей формирования состава и свойств карбонатных пород в процессе регрессивного континентально-га литогенеза под воздействием карстования и выветривания. Гипергенные континентальные преобразования карбонатных пород в районах развития карста представляют собой сложный, многофакторный процесс. Его.невозможно уложить в рамки относительно простой схемы, как это сделано для субаквального прогрессивного литогенеза терригенных образований.

2. Проблемы строительного освоения закарстованных территорий. Необходимость изучения закономерностей формирования свойств карбонатной муки связана с задачами практики промышленного, гражданского и дорожного строительства, с поисками карбонатного сырья для сельского хозяйства.

Цель работы - выявление закономерностей формирования состава и физико-механических свойств карбонатной муки.

Основными задачами являются: комплексная литологическая и инженерно-геологическая оценка карбонатной муки, выяснение условий и факторов ее формирования и закономерностей распространения, механизма изменений химико-минералогического и гранулометрического состава и физико-механических свойств карбонатных пород в процессе их преобразования в карбонатную муку.

Научная новизна работы заключается в следующем: I) впервые для западной части Токмовского свода дана комплексная литологическая и инженерно-геологическая оценка карбонатной муки; 2) выявлен механизм формирования строения, состава и свойств карбонатной муки в связи с выветриванием и карстованием материнских пород и геологической историей региона; 3) выявлена роль химико-минералогического состава, структурно-текстурных особенностей исходных карбонатных пород и различных природных и техногенных условий и факторов на характер и интенсивность процесса формирования карбонатной муки; 4) установлена способность различных петрографических типов пород к разрушению с образованием карбонатной муки; 5) разработана типи-

зация карбонатных пород по степени их изменения в процессе формирования карбонатной муки; 6) разработаны принципы районирования территорий распространений карбонатной муки; 7) разработан стратиграфо-минералогический метод определения относительного возраста карбонатной муки.

Предметом защиты являются:

1. Закономерности распространения, формирования состава и свойств карбонатной муки. Для изучений закономерностей распространения и изменения карбонатных пород в ходе их карстового разрушения до карбонатной муки применен комплексный историко-геологи-ческий и минералого-петрографичоский подход.

2. Инженерно-геологическая типизация карбонатных пород по степени их изменения в процессе формирования карбонатной муки, выполненная на основе геолого-гидрогеологических условий и с учетом истории геологического развития региона.

3. Комплексная литологическая и инженерно-геологическая оценка карбонатной муки и изменение свойств муки под воздействием природных и техногенных факторов.

4. Принципы районирования территорий распространения карбонатной муки. В основу районирования положены условия образования муки и способность петрографических типов карбонатных пород к разрушению с образованием муки.

Практическое значение работы. Научно-обоснованная инженерно-геологическая характеристика карбонатной -муки, выявленные закономерности распространения муки и структурно-ослабленных карбонатных пород, составленная карта районирования позволяют прогнозировать наличие на исследованной территории карбонатной муки и сильно выщелоченных ослабленных пород. Комплексная оценка свойств карбонатной муки позволит прогнозировать их изменение при инженерном воздействии. Бее это даст возможность обоснованно вести инженерно-геологические изыскания, рационально размещать строительные и другие народнохозяйственные объекты, а так-•же правильно проектировать противокарстовые мероприятия.

Установленные на примере западной части Токмовского свода закономерности формирования состава и физико-механических свойств карбонатной муки могут использоваться в качестве методической основы при изучении карбонатной муки в других районах.

Фактическая основа работы. Работа выполнялась автором в рамках плановых госбюджетных тем ПНИШСа 02.01.Н4, 0.55.00.Ш.01.04

01 и 0.55.00.III.02.Ol.02. Материал, положенный в основу диссертационной работы, собран автором в процессе полевых работ в 19761979, I982-1987 гг. Обследовано 133 карьеров и естественных обнажений пород. Во время полевых работ проводились натурные наблюдения с целью выяснения возможности образования муки и определения скорости ее образования. Состав я физико-механические свойства были исследованы по 405 образцам пород.

При работе над диссертацией использованы опубликованная литература, архивные и фондовые материалы ПНИИИСа, Средне-Волжского и Центрального геологических управлений, треста "Горьков-ТИСИЗ".

В основу методики положен комплексный исгорико-геологичес-кий и минералого-петрографический подход к оценке карбонатных пород .'на закарстованных территориях. Характеризовались геологические условия формирования и закономерности распространения карбонатной муки, изучались вещественный состав и структурно-текстурные особенности исходных карбонатных пород различной степени сохранности (от неизмененных карстом до карбонатной муки), физическое состояние, прочностные свойства, особенности взаимодействия с водой и деформационное поведение пород.

Реализация работы. Результаты исследований использовались автором при выдаче заключений и рекомендаций (более 100) проект-но-изыскательским организациям по вопросам оценки карстоопаснос-ти, объема и видам инженерно-геологических изысканий на площадках, осваиваемых промышленным и граящанским строительством в Горь-ковской, Владимирской и Архангельской областях, Мордовской АССР.' Экономический эффект от внедрения полученных результатов только за два года составил III тыс.рублей. Результаты исследований внедрены автором при районировании двух микрорайонов г.Куйбышева. Отдельные положения диссертационной работы были включены в руководство "Усовершенствованная методика прогноза устойчивости закарстованных территорий", в виде разделов "Рекомендаций по инженерно-геологическому районированию закарстованных равнинных территорий для обоснования защитных мероприятий", "Рекомендаций по рациональному использованию и охране карстовых объектов Горьковс-кой области". Материалы исследований частично вошли в монографию Л.А.Аносовой, Р.С.Зиангировз, Н.А.Платова, Т.И.Робусговой "Инженерно-геологические особенности элювия карбонатных пород"(1986).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались я обсуждались на Всесоюзных и региональных семинарах, совещаниях, конференциях в Кунгуре (1972), Москве (1973, 1983, 1985)Дзержинске (1974, IS78), Казани (1978), Перми (три совещания в 1980 г,, одно в 1982), Уфе (1980), Горьком (1981), Симферополе (1982), Подольске (1983), Свердловске (1984), Донецке (1984), Владивостоке (1986), Сочи (1988).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 23 печатные работы. В 1985 г. при экспонировании на выставке достижений народного хозяйства "Комплексная методика районирования закарстованных территорий", частично касающаяся темы диссертации, отмечена дипломом Ш степени, а ее разработчики (автор диссертации и соавтор А.Н. Ильин) отмечены бронзовыми медалши.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, содержит страниц машинописного текста, 54 рисунка, 6 таблиц, список литературы из 127 наименований.

Работа выполнена под руководством доктора г.-м.н. И.Г.Короба-новой, которой автор глубоко признателен за неоценимую помощь в работе и поддержку. Автор выражает большую благодарность своему консультанту к.г.-м.н. В.П.Хомекко за ценные указания и помощь в работе над диссертацией. Автор признателен к.г.-м.н. А.Г.Лыкоишну, оказавшему большое влияние на формирование взглядов диссертанта, заведующему Дзержинской карстовой лабораторией к.г.-чл.н. А.Н.Ильину, старшему научному сотруднику ГИИИИС И;А.Сзваренскому и доктору г.-м.н. Н.Л.Шешене за рдц ценных замечаний. Автор благодарен старшим инженерам карстовой лаборатории Н.И.Пичугиной и Т.И.Ипато-вой за активное участие в полевых работах, выполнение физико-механических анализов и их обработку.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранного направления работы, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна и практическая значимость.

В главе I освещено состояние изученности проблемы формирования состава и свойств карбонатной муки, выделены слабо изученные и нерешенные вопросы, определившие цели, задачи и методы исследовани£ диссертантом карбонатной муки.

Формирование состава и физико-механических свойств скальных .карбонатных пород начинается на стадии осадконакопления и продолжается на стадиях диагенетических и эпигенетических преобразований

породы. Вопросу прогрессивного литогенеза уделялось большое внимание и он хорошо изучен. Наименее изученной стропой проблемы литогенеза карбонатных отложений является выявление закономерностей формирования состава и физико-механических свойств карбонатной муки, образующейся под воздействием длительных процессов регрессивного литогенеза.

Вопросы происховдения, состава и свойств скальных карбонатных пород Русской платформы, в том числе изучаемого региона, рассматривались в различных региональных работах литолого-геологичес-кого плана (Г.И.Теодорович, Н.М.Страхов, Л.Б.Рухия, И.В.Хворова, С.Г.Вишняков, М.С.Плчугин и др.), а такие в работах, освещающих качество карбонатных пород как полезное ископаемое, и в работах, касающихся в.опросов прогноза устойчивости карбонатных пород в горных выработках (Б.В.Залесский, А.И.Корсунский, В.В.Лапин, Н.В.Ко-ломенский, Н.П.Тимченко, -С.И.Малинин, И.А.Печеркин, В.В.Середин и В.И.Галкин, М.АгпсЦ, 7пагщ Ка.гио, и и др.).

Инженерно-геологическое изучение дисперсного продукта дезинтеграции карбонатных пород (карбонатной муки) было начато в сороковых годах этого столетия.

Потенциальные возможности формирования кавернозности, пористости (и образования доломитовой муки) в различных гидродинамических зонах развития карста, оценка интенсивности процессов выщелачивания в этих зонах освещены в трудах Д.С.Соколова, Т.А.Максимовича, А.Г.Лыкопшна.

Региональные закономерности распространения карста, в основном, приводящие к образованию пустотных форм в карбонатных породах, отражены в работах А.Н.Ильина, И.А.Саваренского и И.В.Попова, В.Г. Ремизова, А.А.Сафроновой. Выявлена приуроченность карста к структурным поднятиям и эрозионным врезам. М.С.Пичугиным для Окско-Кля-зьминского района отмечалось, что переход в мучнистое состояние является особенностью доломитов и не характерен для известняков. В данном районе им выделено четыре морфогенетических типа залежей доломитовой муки.

В изучение доломитовой муки большой вклад внесли Ф.П.Саварен-ский, Н.В.Сокольев, Н.В.Родионов, которыми был охарактеризован минеральный и гранулометрический состав, физические и физико-механические свойства и водопроницаемость муки. Н.В.Родионовым выявлена способность доломитовой муки к-механической и химической суффозии; установлено, что фильтрационная способность муки невелика. С.А.Акин-

фиевым, М.Ю.Абелевым, Е.Н.Чербовым была определена способность доломитовой муки к просадкам. С 1981 г. комплексные исследования мелкозернистого элювия карбонатных пород выполнялись сотрудниками ПНИИИС (автором диссертационной работы проводилось изучение карбонатной муки на ключевых участках - в Горьковской и Владимирской областях). В работах сотрудников ПНИШСа Л.А.Аносовой, Р.С.Зианги-рова, Н.А.Платова, Т.И.Робустовой, Г.И.Клиновой и В.Н.Соколова, Л. Н.Ильина и А.А.Сафроновой приведена характеристика вещественного состава, дисперсности, физических, прочностных и деформационных свойств эдюеия карбонатных пород; освещены его-инженерно-геологические особенности, отличающие этот вид элювия от терригенных пес-чано-глинистых пород; охарактеризованы особо неблагоприятные инженерно-геологические свойства ( просадочность, способность к механической и химической суффозии,ползучесть, разжижение при вибрации)

Вопросами происхождения доломитовой муки занимались Н.П.Кро-тов, Н.В.Коломенский, Л.В.Пустовалов, Н.В.Соловьев, Н.В.Родионов, Н.М.Болотина и Д.С.Соколов, В.Г.Махлаев, М.С.Пичугин, Э.В.Водзинс-кас, А.Г.Лыкошин, Н.С.Кавеев, С.И.Парфенов, С. Ote.Ki.ics, охарактеризовавшие частные случаи ее образования. Л.А.Ярг и М.А.Лешкова экспериментально установили зависимость механизма процесса выветривания четырех литологических типов карбонатных пород от их минералогического состава и структуры.

В главе 2 рассматриваются условия и этапы формирования карбонатной муки, результаты определения скорости ее образования, приводится инженерно-геологическая типизация разрушенных карбонатных пород. Исследования проводились в двух районах: в междуречье Оки и Клязьмы,, расположенном в тектоническом плане в Окско-тКлязьминс-кой зоне поднятий (Окско-Цнинский вал), и в бассейнах рек Мокши и Алатыря (Первомайский структурный выступ). Карстовые процессы развиты в карбонатных породах касимовского надгоризонта и клязьминского горизонта карбона, ассельского, сакмарского и казанского ярусов пермской системы. Эти породы залегают на глубине от 0-1 м на ' сводах вала и Первомайского выступа до 50-95 м на их крыльях, где карстутациеся породы перекрыты терригеншм комплексом юрской, меловой и четвертичной систем. Карбонатные породы включают трещин-но-карстовые воды. Для участков структурных поднятий, где осуществляется активный водообмен агрессивных поверхностных вод с треиин-но-карстовым водоносным горизонтом, характерны гидрокарбонатные кальциевые воды с минерализацией от 0,09 до 0,5, реже 0,9 г/да3,

агрессивные к карсгующимся породам. По мере погружения касимовского водоносного горизонта (Окско-Клязьыинский район) и затруднения водообмена минерализация увеличивается до 2,6-9,6 г/дм3.

Карбонатная мука имеет закономерное распространение. Разрушение карбонатных пород до состояния муки определяется структурно-тектоническими, палеогеографическими, геоморфологическими и гидро-' геологическими условиями и факторами. Карбонатная мука широко развита в пределах стуктурних поднятий; участки распространения муки приурочены к эрозионным врезам - современным и древним, часто сметенным в плане относительно современной гидрографической сети; древнйй карст встречается и на крыльях структурных поднятий, где карбонатные породы погружены и перекрыты герригенным комплексом верхнего палеозоя и мезозоя мощностью до 54 м в Алатырско-Мокшин-ском районе и до 86 м в ОкскотКлязьминском районе (образование муки происходило здесь в догатарское и доюрское время).

Формирование карбонатной муки активно происходило в периоды континентальных перерывов, когда карстующиеся породы выводились в зону гипергенеза. Образование карбонатной муки осуществлялось: в аоказанское время (начиная с конца верхнекаменноугольной эпохи), верхнеказанское (дотагарское) время, с кониа татарского века до зреднеюрской эпохи, с конца позднемеловой эпохи до начала четвертичного периода, в отдельные отрезки четвертичного периода. Разра-5отанным стратиграфо-минералогическйм методом установлен относительный возраст карбонатной муки: превращение пород а муку происходило до днепровского оледенения, после формирования подморенных [яювиогляциальных отложений днепровского оледенения, после кали-пшского времени четвертичного периода. Образование муки происхо-;ит и. з настоящее время.

Большей разрушенностью характеризуются карбонатные породы *ех ярусов, которые не перекрыты терригенными отложениями татарс-:ого яруса, юрской и меловой системы, т.к. они подвергались более длительному периоду выщелачивания.

В зависимости от степени изменения карбонатных пород вплоть ;о формирования карбонатной муки, условий разрушения пород (нали-гая нерастворимых покровных отложений и полноты их геологичес-:ого разреза, положения относительного уровня карстовых вод) с четом геологического развития региона выделено 14 инкенерно-гео-огических типов пород: 2 типа в.древней и 4 типа в современной оне аэрации, 2 - в зоне сезонного колебания уровня карстовых вод,

4 - в зоне полного насыщения и 2 - в зоне глубинной циркуляции вод.

•По данным натурных наблюдений установлено, что скорость образования карбонатной муки незначительная: в течение одного года превращение в муку доломитов, характеризующихся пористостью 3437$ и нике, не наблюдалось.

В главе 3 дается классификация скальных и дисперсных карбонатных пород, приводится описание петрографических типов пород, анализируются происходящие при превращении пород в муку изменения химико-минералогического р гранулометрического-состава, рассматривается механизм минерал'ого-структурных изменений. По химико-ыи-нералогическим(в соответствии со схемой С.Г.Вишнякова,1956).структурным и шкротекстурным признакам в регионе выделено 15 разновидностей карбонатных пород: доломит чистый тонкозернистый(равно~ мернозернистый, равномернозернистый с зернами кварца и сгустковый) доломит разнозернистый (с пелитоморфным кальцитом,с мелко- и сре-днезернистым кальцитом)«доломит с реликтовой органогенной структурой,доломит глинистый тонкозернистый,доломит известковистый разнозернистый и с реликтовой органогеныо-детритовой структурой, доломит глинисто-известковистый тонкозернистый,доломит известковый разнозернистый,известняк доломитовый(органогенный и порфиро-бластовый) .известняк (.органогенный и микрозернистый).Однородность каждого классификационного подразделения проверялась с помощью парного корреляционного анализа зависимости прочности пород от их пористости,принятой за количественный .показатель закарсго-ванности карбонатной породы. Наиболее широкое распространение в регионе имеют доломиты чистые тонко-равномернозернистые.

В процессе разрушения карбонатных пород до муки существенно претерпевает изменения химико-минералогический и гранулометрический состав. По мере выщелачивания изменяется соотношение кальцита, доломита и нерастворимых примесей.

ДОука представлена следующими петрографическими типами доломитовая, глинисто-доломитовая,известковисто-доломитовая,известко-во-доломитовая.глинисто-известковисто-доломитовая.глинисто-доло-митово-извесгковистая.Преобладает доломитовый тип муки. Установлено, что состав муки зависит от химико-минералогического состава и механизма дезинтеграции материнской породы.При карстовании чистых по составу и глинистых доломитов мука в основном наследует ве щесгвенный состав материнских пород(рис.1). Нередко отмеча-

о 5 9о 35 дао о!

Скальные породы.

Кардо-•атная мука

| го-5 ко ■

-ВО.

Фракция С,5 ~2мм

фракция <<л"*г

О

£

Рис.1. Изменение химико-минералогического состава карбонатных

отложений при карстовании I - номер точки наблюдения и частные значения показателя минералогического и химического состава: 17 - доломит чистый тонкозернистой равномернозернистый, 7 - доломит с реликтовой органогенной структурой, III - доломит чистый раэнозернистый с мелко- и среднезернисгым кальцитом.

ется лишь повышение содержания нерастворимых примесей. Разрушение известковиотых доломитов приводит к образованию муки того же, иногда доломитового состава. Мука, образующаяся вследствие выщелачивания пород известкового ряда, переходит в другой петрографический тип с меньшим' содержанием кальцита и, соответственно, большим - доломита.

В пределах Токмовского свода получила развитие карбонатная мука в основном смешанного гранулометрического состава: пнлевато-песчаные (в 66 случаях из 133) и песчано-пылеватые (в 60 случаях из 133) грунты. Однородные по составу грунты встречаются редко. Гранулометрический состав карбонатной мука практически не зависит от химико-минералогического состава исходных пород, за исключением глинисто-доломитового типа муки. Состав карбонатной муки определяется величиной зерен исходной порода (зачастую хорошо согласуются, в особенности при карстовании чистых тонкозернистых и разнозернис-тых доломитов), степенью ее разрушенности (по мере выщелачивания повышается дисперсность и однородность состава муки, рис.2) я механизмом ее дезинтеграции. В частности, механизм дезинтеграции влияет на формирование гранулометрического состава муки, образующейся при карстовании доломитой сзустковых и с реликтовой органогенной структурой. В них, 'нараду с обособлением кристаллов доломита основной тонкозернистой массы, происходит распад сгустковых

70 SO SO "10 ¿0 -20 ■ Ю

i- J-:...i

as

-1-^i-r-

§§в s*

v , , i * 1

Размер частиц,мм

>w?

ш

»Vit* Cg2>

Рис.2. Зависимость гранулометрического состава карбонатной муки

от степени разрушенности доломитов I - точка отбора и номер образца муки, 2 - суглинки четвертичного возраста, 3 - доломиты ассельского яруса, 4 - карбонатная мука, 5 - линза щебня с мукой, 6 - трещина, выполненная мукой.

включений и органогенных остатков, сложенных пелитоморфными или микрозернистыми частицами, на агрегаты, размер которых превышает величины кристаллов доломита основной породообразующей массы.

В первой части главы 4 рассматриваются физические и механические свойства скальных пород, анализируются их изменения в процессе карстования, оценивается влияние состава и структурно-текстурных свойств пород на характер протекания этих изменений. Под воздействием карстовых процессов существенно изменяются свойства скальных-карбонатных пород: уменьшается плотность, увеличивается пористость, снижается прочность и водостойкость (рио.З). В общем

т.н. ?4

п

*о so

ад ю зо w

'■«•-^nf-

2:

v

Рис.3. Изменение физико-механических свойств тон-ко-равномернозернистых доломитов в процессе карстования.

1 - пористость« - коэффициент сжимаемости при нагрузке 0,2'МПа, 1/МПа; Дс- предел прочности на сжатие, МПа.

прочность пород на сжатие уменьшается от 57,3 до 0,1 МПа при уменьшении плотности от 2,41 до 1,37 г/см3 я увеличении пористости с 11,0 до 58,8$.

Выявлено влияние на характер и интенсивность процесса формирования карбонатной муки химико-минералогического состава и структурно-текстурных особенностей пород. В частности, изменения прочностных свойств исходных пород в процессе выщелачивания и разрушения до карбонатной муки зависят от количества и размеров зерен кальцита и доломита, степени однородности и характера распределения зерен доломита, количества зерен кварца, а также от окремнения. Корреляционным анализом установлены зависимости прочности (в сухом и .водонасыщенном состояниях) петрографических типов карбонатных пород, в основу выделения которых были положены перечисленные особенности состава, структуры и текстуры, от их пористости. Зависимое® аппроксимируются уравнением степенной функции. Существенно упрочняют порода (доломитового ряда) однородность микрогекстуры, увеличение количества кальцита, размеров зерен кальцита (рис.4) и доломита. Наличие зерен кварца и окремнение также весьма значительно обуславливают прочность пород. Крупные ззрна кальцита, кварца, кремня, имеющие неправильную угловатую форму, создают более жесткое и крепкое сцепление между зернамй породы.

Рис.4. Зависимость прочности на одноосное сжатие от пористости.

I - доломиты чистые разнозернистые с мелко- и среднезернистым кальцитом, 2 доломиты чистые разнозернистые с пелитоморфным кальцитом.

Изменения прочности петрографических типов пород в процессе карстования имеют различный характер. В доломитах с однородной иикротекстурой выщелачивание осуществляется более или менее рав-яомерно по всей породе, вызывая равномерное ослабление сцепления ленду зернами доломита, что приводит к равномерному интенсивному снижению их прочности. В доломитах с неоднородной микротекстурой

(сгустковые доломиты), с крупными зернами кальцита, окремнелых, с включением зерен кварца изменения прочностных свойств осуществляются с неодинаковой силой. Первоначально чаще всего разрушаются и обособляются зерна основной массы породы - прочность при этом изменяется сильно. По мере выщелачивания в породах, народу < более слабыми выщелоченными участками, выделяется своеобразный скелет относительно плотной породы (сгустковые включения, зерна кварца и кремня), благодаря которому породы сохраняют первоначальную прочность более длительный период - изменение прочности происходит слабее.

Бо второй части главы 4 дается характеристика инженерно-гео логических свойств дисперсных отложений - карбонатной муки, оцениваются их изменения в ходе дальнейшего карстования, а • также по, влиянием техногенных факторов. Специфические свойства карбонатно: муки определяются ее состоянием, химико-минералогическим и грану лометрическим составом. Пористость муки изменяется в диапазоне от 39,6 до 58,СЙ. Карбонатная мука является неводостойкой, склон ной к набуханию и просадочности и обладает слабой несущей способ ностью. Она представлена в основном повышенносжимаемыми (52 случая из 78 определений), реже среднесшмаемыми (22 случая) грунта' ми. Деформируемости более подвержены пылевато-пеочаные грунты. Эти грунты характеризуются также меньшей, по сравнению с другими гранулометрическими разновидностями, прочностью: максимальные значения сцепления пылевато-пеочаных грунтов составляют 0,058 МПа, песчано-пылеватых - 0,063-0,075 МПа, смешанных разновидностей грунтов, имеющих в своем составе 28,1-48,3$ глинистой фракци - 0,066-0,085 МПа.

По мере карстования продолжает увеличиваться пористость кар бонатной муки, повышается дисперсность и, соответственно, изменя ются ее деформационные и прочностные свойства: сцепление ее уменьшается в 1,5-3 раза, угол внутреннего трения падает на 1-7°, коэффициент' сжимаемости увеличивается в 2-3 раза. При взаимодействии с водой происходит снижение прочностных свойств и повышена деформируемости карбонатной муки.

Под воздействием вибрации разжижаются песчано-пылеватые и п реходят в плывунное состояние пылеватне грунты (Л;А.Аносова,Р.С. Зиангиров,Н.А.Платов,Т.И.Робустова,1986).Карбонатной муке свойст венна механическая суффозия,которая происходит при градиентах I, 2,44,а при большем градиенте образуются плывуны. В муке может пр

содить и химическая суффозия, скорость которой зависит от скорос-фильтрации и кислотно-щелочного состава (Н.В.Родионов, 1949; 0. Янатьева, 1954; Л.А.Ярг и М.А.Лешкова, 1985).

В главе 5" обобщены и изложены в сжатой форме особенности фор-рования состава и физико-адеханических свойств карбонатной муки, кономерности ее распространения, охарактеризованные выше.

Формирование карбонатной муки и ее свойств носит стадийный рактер. Процесс изменения карбонатных пород распадается на три адии, соответствующие различной степени разупрочнения пород. Для едой стадии характерен определенный тип пород: I тип - скальные Фоды, П тип - переходные породы от скальных к дисперсным (дресвя-!е грунты), Ш тип - дисперсные породы (карбонатная мука). Первая •адия включает в себя 3 фазы, различающиеся интенсивностью изме->ния пород: фаза быстрого изменения прочности пород с изменением с пористости, замедленного изменения и медленного изменения проч-зсти пород. Конкретный диапазон пористости, характерный для кая-эй из выделенных фаз, различен дня петрографических типов карбо-атных пород. Он определяется структурно-текстурными особенностя-а и химико-минералогическим составом пород.

Петрографические типы карбонатных пород обладают различной пособностью к разрушению с образованием муки. Основываясь на рас-мотренных результатах зависимости характера и интенсивности каргованля пород от их химико-минералогического состава и структур-о-текстурных особенностей, петрографические типы карбонатных по-од разделены на 3 группы: породы с высокой, средней и малой спо-обностью к•образованию муки. К первой группе относятся доломиты истые по химико-минералогическому составу с тонкозернистой, раз-:озернистой и реликтовой органогенно-детритовой структурой, а так-:е доломиты известковистые разнозернистые. Ко второй группе от-[есены глинистые доломиты и известняки доломитовые с порфироблас-■овой структурой. Третья группа объединяет доломиты глинисто-из-¡есгковистые и известковые, доломита известковистые с реликтовой >рганогенно-детритовой структурой и чистые известняки.

Предложены принципы районирования территорий распространения сарбонатной муки. В основу районирования положены условия образо-зания муки с учетом способности петрографических типов карбонат-шх пород к разрушению с образованием муки. Первоначально прово-1ится типологическое генетико-морфологическое районирование с последовательным учетом следующих признаков: сгруктурно-тектоничес-

кого,геологического,геоморфологического строения,диалогического строения карстующейся толщи. Затем, на основе типологического рай онировакия осуществляется сравнительное оценочное районирование с выделением территорий,характеризующихся определенными условиями образования муки. Предложенная методика реализована для западной части Алатырско-Мокпшнского междуречья. Районирование выполнено в масштабе 1:50000. В структурно-тектоническом плане вся территория расположена в пределах Первомайского выступа Токмовского овода.По геологическому строению обособляются районы: I - карбонатные породы залегают под толщей песчано-глинистых отложений четвертичного и юрского возраста значительной мощности (до 63 м); П - площади,где карстующиеся породы перекрыты четвертичными отложениями с преобладающей мощностью от 0,2 до 20 м. Среди основных геоморфоло гических обстановок развития карста выделяются два подрайона: А -долины рек, Б - водораздельные склоны, реже водоразделы. По лито-логическому строению выделяются участки: I - доломиты чистые,доломиты известковистые; 2 - доломиты известковые,известняки доло-мигистые и доломитовые; 3 - известняки. Выделенным участкам дана оценка. Они отнесены к территориям следующих категорий: территорий с весьма благоприятными,благоприятными,малоблагоприятными и неблагоприятными условиями образования карбонатной муки.

В главе 6 даны методические рекомендации по проведению изысканий в других районах распространения карбонатной муки,а также показана возможность использования результатов проведенных исследований (в частности.карты районирования),при освоении закарсто-ванных территорий. Карту районирования территории западной части Алатырско-Мокпшнского района можно использовать для прогнозирования распространения карбонатной муки. Районирование позволяет прогнозировать, на каких территориях и в какой степени получила развитие карбонатная мука и где существуют потенциальные возможности для ее образования. Эти данные позволят уточнить направления изысканий.Установленные в процессе изысканий условия залегания,свойства разрушенных в разной степени (вплоть до муки) карбонатных пород позволят также определить необходимость осуществления и объем защитных мероприятий. Б главе даны рекомендации по выбору противо-карстовых мероприятий (Сафронова A.A..Ильин А.Н.,1983).Карта районирования должна помочь при поисках месторождений полезных ископаемых: карбонатной муки,являющейся готовым удобрением для известкования почв;прочных известняков и доломитов,щебень которых испол!

¡тся з дорожном строительстве.

В главе приведены сведения о внедрении результатов выполнен-с исследований в практику.

общие вывода

Проведенные исследования позволяют сформулировать основные воды, определяющие теоретическое и практическое значение диссер-ционной работы.

1. Карбонатная мука формируется в результате дезинтеграции и шко-минералогических преобразований карбонатных пород под воз-йствием процессов растворения и выщелачивания при карстовании и ветривании.

Процесс изменения карбонатных пород распадается на три стаи, соответствующие различной степени разупрочнения пород. Для адой стадии характерен определенный тип пород: I тип - скальные »роды, П тип - переходные породы от скальных к дисперсным (дрес-ине грунты), Ш тип - дисперсные породы (карбонатная мука). Пер-)Я стадия включает в себя 3 фазы, различающиеся интенсивностью из-щения пород.

2. Формирование карбонатной муки происходило в несколько эта-зв, начиная со среднего карбона и до настоящего времени. Характер интенсивность этого процесса определяются петрографическими осо-знностями материнских пород, структурно-тектоническими, палеоге-графическими, геоморфологическими, гидрометеорологическими, гид-эгеологическими и техногенными условиями и факторами.

3. Закономерности распространения карбонатной муки определятся главным образом структурно-тектоническими условиями района.

пределах структурных поднятий и эрозионных врезов, где существу-г связь с поверхностными водами, для трещгнно-карстового водонос-ого горизонта характерны воды агрессивные к карбонатным породам, минерализацией преимущественно ниже 0,5 г/дм3.

4. Механизм формирования карбонатной муки осуществляется сле-ующим образом. Растворение и выщелачивание карбонатных пород про-сходит преимущественно в результате поровой фильтрации. В зоне эрации разрушение пород происходит первоначально вдоль трещин 1азличного генетического типа. По мере развития процесса, продукты >азрушения, скапливаясь в трещинах, закупоривают их. В результате 1того инфильтрация вод осуществляется по порам и микротрещинам,про-юходит объемное, разрушение всей толщи карбонатных пород.Таким же >бразом процесс протекает и в зоне постоянного водонасыщения.

Механизм дезинтеграции и интенсивность преобразований карбонатных пород определяется их структурно-текстурными особенностями и имеет свою специфику для различных петрографических типов (доломиты, известняки, различные смешанные породы с нерастворимыми примесями).

5. По способности к разрушению с образованием карбонатной му кя породы ранжируются в следующий ряд: доломит тонкозернистый до ломит разнозернистый ^ доломит извеотковистый разнозернистый? доло мит с реликтовой органогенно-детритовой структурой?-доломит глини стый тонкозернистый^ известняк доломитовый с порфиробластовой стр; ктурой> доломит известковистый с реликтовой органогенно-детритовой структурой, доломит глинисто-известковистый тонкозернистый, доломит известковый разнозернистый, известняк доломитовый органогенный >известняк органогенный, известняк микрозернистый. Соответ ственно были выделены 3 группы пород - с высокой, средней и слабо; способностью к формированию карбонатной муки.

6. Характер л степень изменения карбонатных пород определяют ся геолого-гидрогеологическими условиями и историей геологическог развития региона. По степени изменения карбонатных пород вплоть до формирования карбонатной муки в зонах с различными гидрогеологическими условиями (древняя и современная зоны аэрации, зоны сезонного колебания уровня, полного насыщения и глубинной циркуляци; карстовых вод) было выделено 14 инженерно-геологических типов пород.

7. Карбонатная мука представлена следующими петрографическими типами - доломитовая, глинисто-доломитовая, известково-до'лома-товая, известковисто-доломитовая, глинисто-известковисто-долсмито-вая, глинисто-доломитово-известковистая. В изученном регионе преобладает доломитовый тип муки.

8. Карбонатная мука представлена в основном пылечато-песчаны-ми и песчано-тпылеватыми, сильно или среднесжимаемыми, неводостойкими грунтами, склонными к разжижению и текучести при динамически} воздействиях (вибрации).

9. Разработаны принципы районирования территорий распространи ния карбонатной муки. В основу районирования положены условия образования карбонатной муки (структурно-тектоническое, геологическое, геоморфологическое строение района, литологический состав карстующейся толщи) и способность петрографических типов карбонатных пород к разрушению с образованием муки. Составлена карта райок

■вания территории Алатырско-Мокшнского междуречья.

По теме диссертации опубликованы следующие работа:

1. Инженерно-геологическое районирование территории г.Перво-йска Горьковской области // Вопросы инженерного карстоведения: ■з.докл.инж.-геол.совещ. - Кушур, 1972. - С.39-40.

2. Использование сильно закарстованных территорий при рекон-'рукции и расширении крупных промышленных предприятий (на приме-

| ЧХК им.Калинина) // Инж.изыскания в строительстве, 1975. - Сер. !1. - Вып.3(37). - С. 12-16.

3. Применение математических методов при определении генози-и возраста заполнителя карстовых полостей // Инж.изыскания в

■роительстве, 1975. - Сер.III. - Вып.3(37). - С.29-33.

4. Закономерности развития карбонатного карста на примере юга >рьковской области // Геодинамические процессы и строительство / МИИС. - М.: Стройиздаг, 1977. - Вып.47. - С.102-112. (В соавтор-•ве с А.Н.Ильиным).

5. Принципы и методы районирования закарстованных территорий 1Я целей строительства // Инж.изыскания в строительстве, 1977. -¡р.II. - Вып.6(59). - С.3-6. (В соавторстве с А.Н.Ильиным).

6. Связь карста с погребенными долинами прарек на примере сско-Волжского междуречья // Инж.изыскания в строительстве, 1977. Сер.II. - Вып.6(59). - С.10-12.

7. Образование карбонатной муки в результате карстового про-¡сса // Карстовый процесс и его прогноз: Тез.доо.3-го межвед.со-!Щ. - Уфа, 1980. - С.45-47.

8. Дитолого-петрографические типы карстующихся карбонатных )род западной части Токмовского свода // Карст Нечерноземья: Тез. жл.Всесоюз.науч.-техн.совещ. - Пермь, 1980. - С.108-109.

9. Физико-механические свойства карстующихся карбонатных от-жений и их литолого-петрографические особенности // Карст Нечер->земья: Тез.докл.Всесоюз.науч.-техн.совещ. - Пермь, 1980. -С.24.

10. Литолого-петрографические особенности пород как база для ¡енки устойчивости территорий строительства в районах карбонат->го карста // Инженерная геология Западного Урала: Тез.докл.на-[.-техн.семин. - Пермь, 1980. - С.65-67.

11. Принципы районирования закарстованных территорий городов. В кн.: Методы типизации и картирования геологической среды горо-;ких агломераций для решения задач планирования инженерно-хозяй-'венной деятельности // Матер. I Всесоюз.семин.(Горький). - М.:

ПО "Стройизыска'ния". - 1981. - С.135-136. (В соавторстве с А.Н. Ильиным, Е.В.Копосовым, 0.Р.Максимовой).

12. К проблеме типизации карбонатной муки // Инженерная ге логия Западного Урала: Тез.докл. Ш совещ. - Пермь, 1982. - С.48 49.

13. Использование генетических особенностей карбонатного к ста при освоении закарстованных территорий // Состояние, задачи методы изучения глубинного карста. СССР: Тез.докл.Ш карст.-спеле совещ. (Симферополь). - М., 1982. - С.Ю2.

14. Строительство на закарстованных территориях, характеру ющихся развитием карбонатной муки // Строительство на закарсто! ных территориях: Тез.докл.Всесоюз.совещ. (г.Подольск). - М.:Глг стройнаука, 1983. - С.14-15. (В соавторстве с А.Н.Ильиным).

15. О комплексном учете при оценке устойчивости территории строительства двух различных типов карбонатного карста // Проб; мы инженерной геологии в связи с промыыленно-гравданским строительством и разработкой полезных ископаемых: Тез.докл. У Всесга конф. - Свердловск, 1984. - Т.1. - С.269-272.

16. О роли воды а формировании карбонатной муки // Подзем! воды и эволюция литосферы: Матер.Всесоюз.конф. - М.: Наука, 19£ - Т.П. - С.132-134.

17. Особенности районирования закарстованных территорий // Картографирование и районирование карста в связи с освоением и ритории: Гез.докл.УТ Всесоюз.карст.-спелеол.совещ. - Владивоот 1986. - С.107-108. (В соавторстве с А.Н.Ильиным).

18. Выделение карстовых комплексов для охраны и рациональ: го использования природных объектов // Карстолого-спелеологиче' исследования, использование и охрана закарстованных территорий пещер Западного Кавказа: Тез.докл.Ш регион.карст.-спелеол.сове Сочи, 1988. - С,67-69. (В соавторстве с А.Н.Ильиным и О.В.Тычи