Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Geologia_2

.pdf
Скачиваний:
12
Добавлен:
16.03.2016
Размер:
479.26 Кб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева»

Кафедра геологии

СКАЛЬНЫЕ ГРУНТЫ ОСАДОЧНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Инженерно-геологические основы градостроительства»

для студентов направления подготовки 21.03.02 (120700.62) «Землеустройство и кадастры»,

очной формы обучения

Составители А. А. Возная О. А. Миллер

Утверждены на заседании кафедры Протокол № 23 от 17.02.2015 Рекомендованы к изданию учебно-методической комиссией направления 21.03.02 (120700.62)

Протокол № 59 от 13.03.2015 Электронная версия находится в библиотеке КузГТУ

Кемерово 2015

Лабораторная работа № 3

СКАЛЬНЫЕ ГРУНТЫ ОСАДОЧНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Цель лабораторной работы: изучение состава, строения и принципов классифицирования осадочных горных пород в общей петрографии и осадочных скальных грунтов в инженерной геологии, а также овладение навыками их определения и описания.

1. Теоретические положения

Осадочные горные породы минеральные агрегаты, образованные из остаточных и переотложенных продуктов выветривания и разрушения различных горных пород, путем химического или механического выпадения осадков в водновоздушной среде, иногда при посредничестве организмов. Существование осадочных пород возможно в термодинамических условиях приповерхностной части земной коры.

Раздел общей петрографии, изучающий состав, строение и генезис осадочных горных пород, называется литологией.

По составу исходного материала осадочные горные породы объединяют в следующие группы:

1.Обломочные осадочные горные породы, возникающие из обломков ранее существовавших горных пород и минералов.

Вэту группу входят и вулканогенно-осадочные обломочные

пирокластические горные породы, которые не рассматриваются в данной работе.

2.Глинистые осадочные горные породы, возникающие из частиц глинистых минералов.

3.Осадочные породы химического и биохимического про-

исхождения, возникающие при осаждении вещества из истинных или коллоидных растворов иногда при участии биологического посредника.

1

По особенностям минерального и химического состава осадочные породы третьей группы делятся на девять подгрупп:

а) карбонатно-глинистые; б) карбонатные; в) кремнистые; г) фосфатные; д) железистые; е) аллитные;

ж) марганцовистые; з) соляные (эвапориты);

и) каустобиолиты (горючие).

Осадочные породы не всех подгрупп рассматриваются как грунты, так как являются ценными полезными ископаемыми. В данной работе будут изучены не в полном объёме.

Процесс осадочного породообразования называется литогенез, это длительный и многостадийный процесс. Образование осадочных пород происходит благодаря совокупной деятельности всех экзогенных сил, а также дальнейшего преобразования отложенного осадка при погружении вглубь земной коры на фоне роста температуры и давления.

Стадии литогенеза

Седиментогенез (накопление осадков)

Основные этапы седиментогенеза сводятся к следующему: 1. Механическая и химическая мобилизация вещества в ко-

рах выветривания и другими экзогенными силами путём разрушения ранее образованных горных пород и возникновение исходного материала для осадконакопления: обломки горных пород

иминералов, глинистые частицы, растворы.

2.Перенос (транспортировка) вещества в водной и воздушной среде волочением, во взвешенном состоянии или в виде растворов.

3.Осаждение (седиментация) материала в депрессиях водосборных площадей и конечных водоемах стока.

В итоге образуются осадки – крайне неравновесные в физи- ко-химическом отношении системы.

2

В процессе транспортировки и осаждения осуществляется уникальное природное явление – осадочная дифференциация (разделение) вещества.

Механическая дифференциация связана с разделением об- ломочно-глинистого материала в двигающейся водной или воздушной среде под воздействием силы тяжести, при этом осадочный материал сортируется по размеру и весу. В результате образуются высоко сортированные обломочные и глинистые осадки.

Химической дифференциации подвергаются растворы на этапе седиментации. Растворённые вещества осаждаются на геохимических барьерах, индивидуальных для каждого соединения. Вещество становится нерастворимым в новой физикохимической обстановке и осаждается. В итоге из многокомпонентных растворов морской или речной воды образуются часто мономинеральные осадки.

Осадочная дифференциация вещества является причиной многообразия осадочных горных пород.

Диагенез

На стадии диагенеза происходит превращение осадков в осадочные горные породы путем приведения крайне неравновесной «пестрой» системы осадка в равновесное состояние, за счет внутренних ресурсов самого осадка. Мощность зоны диагенеза – десятки-сотни метров.

На ранних этапах в верхнем слое осадка диагенез осуществляется при низких температурах (ниже 25 °С) в условиях активной бактериальной деятельности и сводится к генерации аутигенных (образовавшихся на месте нахождения) диагенетических минералов. Окислительный этап во времени сменяется восстановительным.

На поздних этапах, при погружении осадка вглубь земной коры, действующими факторами диагенеза являются температура (до 50–75 °С), давление (до 15–25 МПа) и геологическое время (тысячи – миллионы лет).

Осуществляется уплотнение и обезвоживание осадка, перераспределение аутигенных минералов в конкреции и сгустковые цементы, отмечается локальная обычно слабая литификация

3

(окаменение) осадков.

Породы стадии диагенеза представлены нелитифицированными (несцементированными) представителями: песками, алевритами нередко с глинистым наполнителем, глинами. Четвертичные отложения слагаются песками, супесями, суглинками, глинами. Эти породы не являются скальными грунтами и будут рассмотрены в лабораторной работе «Дисперсные грунты».

Катагенез

Под катагенезом понимают преобразование вещества осадочных толщ при дальнейшем погружении на глубины до 5–8 км на фоне роста температуры (до 210–280 °С), давления (до 200 МПа), химического воздействия поровых вод. Геологическое время протекания катагенеза десятки – сотни миллионов лет.

На этой стадии осадочные породы переходят в литифицированные (сцементированные) разновидности, являющиеся скальными грунтами.

Обломочные породы: алевриты, пески – преобразуются в алевролиты и песчаники, глинистое вещество в них – в глинистый цемент. Глины становятся аргиллитами.

2. Содержание и порядок выполнения лабораторной работы, описание оборудования

Занятие посвящено теоретическому и практическому освоению инженерной петрографии осадочных скальных грунтов. Выполнение лабораторной работы предусматривает знакомство с эталонной коллекцией осадочных горных пород.

Диагностические признаки горных пород и принципы ин- женерно-геологического классифицирования пород как грунтов (ГОСТ 25100–2011), содержатся во введении к лабораторной работе № 2.

Определение места природного скального грунта (горной породы) в инженерно-геологической классификации начинается с определения структурно-текстурных особенностей, вещественного состава и петрографического наименования.

Объектом практической работы является образец осадочной

4

горной породы индивидуальной задачи под номером 3. Порода принадлежит к одной из трёх групп осадочных пород по составу исходного разрушенного материала: обломочным, глинистым или химическим и биохимическим породам. Каждая группа характеризуется своими структурно-текстурными особенностями, минеральным составом и подходами к классифицированию. Методики петрографического исследования и описания осадочных пород каждой группы приведены в последующих разделах.

Численные инженерно-геологические характеристики исследуемого осадочного грунта приведены в прил. 1. Вариант соответствует номеру индивидуальной задачи.

Необходимое оборудование и материалы: методические указания к лабораторной работе № 3 по инженерной петрографии, ГОСТы 25100-2011 «Грунты: классификация», эталонную коллекцию осадочных горных пород, шкалы твёрдости, лупы, стеклянные и фарфоровые пластинки, комплект индивидуальных задач на подгруппу – получает дежурный до начала занятия.

Форма и примеры составления отчета к лабораторной работе № 3, а также образец оформления титульного листа приводятся в прил. 2 и 3.

Требования к оформлению отчёта и защите лабораторной работы содержатся во введении к лабораторной работе № 2.

3. Методика определения и описания обломочных осадочных скальных грунтов

В обломочных осадочных скальных грунтах принято выделять две составные части: обломочный материал и цемент.

3.1. Структуры обломочных пород

При характеристике структуры обломочных пород учитываются размер обломков, их сортировка, степень окатанности (форма) обломков, а также структурный тип (вид) цемента.

5

1. По размеру обломков выделяются структуры: а) 2 мм – псефитовая (грубообломочная)

(псэфос – камешек); б) 0,1 – 2 мм – псаммитовая (песчаная)

(псаммос – песок); в) 0,01 – 0,1 мм – алевритовая (пылеватая)

(алеврос – мука).

Алевритовая структура без микроскопа предположительно устанавливается в обломочных породах, в которых визуально не видны отдельные обломочные зёрна, от похожей пелитовой структуры глинистых пород отличается более шероховатой поверхностью на ощупь.

2.По относительной разнице в размере обломков различают структуры:

а) сортированную; б) несортированную.

В последнем случае указывают структуры верхнего и нижнего предела размеров и преобладающую структуру.

3.По степени окатанности (форме) обломков выделяют

неокатанные, полуокатанные и окатанные структуры (рис. 1).

Рис. 1. Форма обломков по степени окатанности: а) неокатанная, б) полуокатанная, в) окатанная.

Реально степень окатанности может быть установлена без микроскопа в породах с размером обломков более 2 мм, т.е. псефитовой структуры. Для пород с размером обломков менее 2 мм предлагается указать в отчете степень окатанности предположительно. В песчаных породах обломки обычно полуокатанные и окатанные, в породах алевритовой размерности – полуокатанные и неокатанные.

6

4. Структурный тип (вид) цемента обломочных пород

По соотношению обломков и цементирующего материала выделяют следующие типы (виды) цементов (рис. 2):

1)базальный – обломочные зерна не соприкасаются друг с другом, «плавают в цементе»;

2)поровый – обломки соприкасаются друг с другом, а цемент заполняет поры между ними;

3)пленочный – цемент покрывает обломки пленкой, остальная часть пор остается незаполненной;

4)контактовый – цемент присутствует только в участках соприкосновения обломков.

В условиях, переходных к начальному метаморфизму, в обломочных породах нередко развивается регенерационный цемент путем разрастания обломочных зерен вплоть до восстановления кристаллографической формы. Цементация осуществляется за счет появления межзерновых связей.

Рис 2. Структурные типы (виды) цементов обломочных пород: а) базальный, б) поровый, в) плёночный, г) контактовый, д) регенерационный.

Практически при описании типа цемента без микроскопа необходимо руководствоваться следующим. Тип цемента достаточно надёжно (с применением лупы) устанавливается в породах с размером обломков более 2 мм. В породах с меньшей размерностью обломков вид цемента устанавливают предположительно, полагая наличие контактового или плёночного цемента при пористом сложении породы и базального или порового цемента при плотном сложении породы.

Вид цемента имеет большое значение в инженерногеологических прогнозах. Обломочные породы с поровым глини-

7

стым цементом обнаруживают достаточно высокую прочность, так как контактирующие обломки, соприкасаясь друг с другом, образуют треугольники жесткости, воспринимающие внешнюю разрушающую нагрузку. Цемент препятствует проворачиванию зерен. В случае базального глинистого цемента, где обломки не касаются между собой, нагрузку воспринимает цемент, и такие породы по прочности приближаются к слабым глинистым породам.

Пример описания структуры сцементированной обломочной породы: структура алевритовая, сортированная, обломки неокатанные, цемент поровый.

3.2. Текстуры обломочных пород

Основным текстурным признаком обломочных пород является слоистость, выражающаяся либо в чередовании слойков разного гранулометрического состава, либо в чередовании слойков, обогащенных включениями углефицированного растительного материала или минеральных примесей, либо в ориентировке уплощенных обломков вдоль слоистости.

По наличию или отсутствию слоистости различают неслои-

стую, горизонтальнослоистую, волнистослоистую и косослои-

стую текстуры (рис. 3).

Рис 3. Текстуры обломочных пород: а) неслоистая, б) горизонтальнослоистая, в) волнистослоистая, г) косослоистая

При характеристике слоистости отмечается отчётливость её проявления: резко выраженная, отчётливая, неотчётливо выраженная.

8

3.3. Минеральный состав обломочных пород

Состав обломков

В обломочной части пород псефитовой структуры обнаруживаются обломки различных по происхождению горных пород (магматических, осадочных метаморфических) и отдельные дезинтегрированные зёрна минералов (кварц, полевой шпат).

Обломочная часть пород псаммитовой и алевритовой структур представлена в основном кварцем и полевыми шпатами, которые при описании пород с трудно различимыми зёрнами приходится указывать без микроскопа предположительно.

Состав цемента

Для определения состава цемента необходимо иметь стеклянную пластинку и разбавленную соляную кислоту. Наиболее распространёнными в обломочных породах цементами являются:

а) глинистый – гидрослюдистый, каолинитовый, реже монтмориллонитовый (порода легко царапается стеклом и не реагирует с HCl, обломки рельефно возвышаются над поверхностью скола);

б) карбонатный – кальцитовый или доломитовый (порода легко царапается стеклом, капля кислоты вскипает при нанесении непосредственно на поверхность образца, если цемент кальцитовый, либо в порошке при доломитовом составе цемента). Если пузырьки выделяются в отдельных точках капли, значит, карбонатное вещество в цементе представлено сгустками и основная масса цемента сложена глинистыми минералами;

в) кремнистый – опаловый или халцедоновый (стекло не царапает породу, реакция с HCl отрицательная);

г) железистый – лимонитовый (обнаруживается в породах бурых тонов окраски с охристо-жёлтой чертой) или гематитовый (обнаруживается в породах буровато-красных тонов окраски с вишнёво-красной чертой).

Рекомендованными способами можно установить преобладающий состав цемента.

9

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]