6. Формы и элементы ненарушенного залегания осадочных горных пород. Чем обусловлена сменяемость пластов в толще континентальных и морских отложений осадочных пород?

Донные осадки в морях и озерах, представленные продуктами разрушения горных пород или останками живых организмов, как правило, накапливаются в виде горизонтальных или почти гори­зонтальных слоев. Горизонтальное положение не меняется даже в том случае, если имеют место колебательные движения земной коры. Такое залегание пластов осадочных пород называется ненарушенным залеганием. Оно, в частности, характерно для равнин­ных пространств России (Центральная европейская часть России, Западно-Сибирская низменность и др.).

Часть толщи или пласта, выделившаяся вследствие изменив­шихся условий отложения осадка и ограниченная снизу и сверху поверхностью осаждения или размыва, называется слоем. Если этот слой имеет более или менее постоянную мощность и зани­мает сравнительно большую площадь, то он называется пластом (например, пласт песчаника, глины). Комплекс слоев или один слой более или менее значительной мощности формирует толщу пород (например, толща известняковых, известняково-глинистых пород).

Если в слое горной породы проходит тонкий слой другой по­роды, то он называется прослоем, или пропластком. Если слой или прослоек уменьшает свою толщину в ту или дру­гую стороны, вплоть до полного исчезновения, то это явление называется выклиниванием. Если слой выклинивается в обе стороны на сравнительно небольшом расстоянии, то он на­зывается линзой.

Мощность слоя определяется его толщиной, т.е. расстоянием по перпендикуляру между плоскостями напластования. При не­большой мощности слоя (несколько сантиметров) употребляют термин «толщина прослоя».

Сменяемость пластов в толще осадочных пород происходит вследствие изменения условий накопления осадков (смена фаций). Когда происходит резкое изменение условий осадконакопления, границы между пластами получаются четкими и веществен­ный состав смежных пластов оказывается различным. При растя­нутом во времени изменении условий осадконакопления проис­ходит постепенное изменение вещественного состава пластов вследствие чего и границы между пластами становятся расплывчатыми, не четкими.

Сменяемость пластов континентальных отложений обусловли­вается преимущественно вековым или сезонным изменением кли­матической обстановки. Например, речные отложения могут из­менять свой вещественный состав в зависимости от гидрологи­ческого режима реки (половодье, межень) и развития русловых процессов. Современные ледниковые отложения в горных услови­ях также меняют свой вещественный состав в зависимости от вре­мени года. Древ­ние материковые ледники связаны с вековыми изменениями климатической обстановки.

Для морских отложений изменение условий осадконакопления и, следовательно, сменяемость пластов являются следствием про­явления главным образом колебательных движений земной коры, приводящих к многократной смене поднятия и опускания, т. е. к периодическим изменениям положения береговой линии.

Характер контактов между слоями зависит от скорости и амп­литуды колебательных движений земной коры. Ровная спокойная граница между слоями свидетельствует о том, что в пе­риод отложения пластов данный участок морского дна, хотя и менял свое положение, но никогда не поднимался выше уровня моря. При выходе дна моря выше его уровня и повторном затоп­лении этого участка суши граница между пластами получается неровной вследствие размыва суши наступающим мо­рем.

Когда период между трансгрессией и регрессией моря длится значительное время, то на суше вырабатывается рельеф и формируется кора выветривания. При последующем опус­кании суши под уровень моря древний рельеф перекрывается толщей позднейших морских осадков. Так, в Подмосковье поверх­ность известняков каменноугольной системы несет на себе следы погребенного древнего рельефа и древней коры выветривания. Эти известняки перекрываются черными глинами юрской системы при достаточно четкой границе сменяемости пластов.

Сменяемость пластов морских отложений вызывается не толь­ко изменением глубины морского бассейна и положением бере­говой линии, но и эволюцией рельефа прибрежной полосы и из­менением теплового и солевого режима морской воды.

В зависимости от условий осадконакопления слоистость мо­жет быть различной по форме. Она может быть горизонтальной, что характерно для морских отложений, или косой, что характерно для континентальных отложений.

Вещественный состав пластов осадочных пород в основном определяется влиянием тектонических горообразовательных про­цессов, которые с известной степенью периодичности повторя­лись в течение геологической истории развития земной коры. Эта периодичность обусловила определенную ритмичность смены пла­стов осадочных пород земной коры, фиксируемой в настоящее время.

Как указывалось ранее, в эпохи интенсивных тектонических поднятий и непосредственно следовавшее за ними время преоб­ладали процессы физического выветривания, т.е. раздробления пород. В это время вдоль горных хребтов откладывались толщи грубообломочных продуктов. Более тонкие частицы (песчаные и гли­нистые) в большом количестве сносились водными потоками в морские бассейны и, оседая вблизи берегов, образовывали мощ­ные песчано-глинистые толщи. В следующие эпохи по мере вы­равнивания рельефа суши процессы физического раздробления начинали затухать и снос обломочного материала в моря стано­вился все меньше и меньше. Из всех процессов тогда на суше пре­обладал процесс химического выветривания пород, поскольку в континентальных мелководных морях в эти эпохи нередко отлага­лись почти чистые химические и органогенные осадки. В последующие горообразователь­ные циклы описанный процесс осадконакопления повторялся, что к приводило к ритмичному переслаиванию пород различного вещественного состава. На эту периодичность в смене пород на­кладывалась периодичность, обусловленная колебательными дви­жениями земной коры.

Основная масса осадочных пород до четвертичного возраста образовывалась главным образом в морях, где условия накопле­ния и сохранения осадков были наиболее благоприятными. Осад­ки континентальных фаций, как правило, смывались и перераба­тывались водами морей при их трансгрессии. Мощность пластов определяется интенсивностью и продол­жительностью процесса, в течение которого сохраняются неиз­менными условия осадконакопления.

Континентальные отложения четвертичного периода, перекры­вающие коренные морские породы более ранних периодов, обла­дают, как правило, относительно небольшой мощностью — по­рядка 10...50 м. Тем не менее, в практике транспортного строи­тельства именно с ними почти всегда приходится иметь дело, так как, слагая самую верхнюю часть земной коры, они служат в большинстве случаев средой или основанием различных сооружений. И только опоры крупных мостов, плотины и уникальные здания стараются опирать на прочные коренные породы.

Для всех континентальных отложений, особенно связанных с деятельностью текучих вод, характерна относительно боль­шая скорость накопления осадков. Однако отсутствие устойчивых фациальных условий в течение длительного времени при накоп­лении осадков приводит обычно как к переменности их веще­ственного состава, так и к частым перерывам в отложении. Этим и объясняется наличие сравнительно малых мощностей конти­нентальных отложений четвертичного времени. Лишь только в исключительных случаях мощность континентальных отложений достигает немногим более 100 м. Чаще всего это встречается в ледниковых и речных отложениях.

Мощность морских отложений также зависит от продолжитель­ности процесса осадконакопления. Морские отложения четвертичного периода имеют примерно те же мощности, что и современные континентальные отло­жения.

Поскольку процесс образования морских отложений до чет­вертичного периода продолжался значительно дольше, чем в чет­вертичный, они имеют соответственно и большие мощности. Ско­рость накопления морских осадков на дне морских водоемов раз­лична. Она зависит от рельефа дна морского бассейна, удаленно­сти рассматриваемого участка дна от береговой линии, фазы го­рообразовательных процессов, климата и других факторов. Одна­ко все факторы существенным образом влияют на количество приносимого с суши обломочного материала и скорость химиче­ского и биологического формирования морских осадков. Именно поэтому при одной и той же продолжительности времени осадконакопления мощность морских осадочных образований для раз­личных морских бассейнов оказывается различной. Так, в геосин­клинальных областях она в 10—15 раз превышает мощность осадочных пород на платформах. Например, в геосинклинальной об­ласти Кавказа мощность морских осадочных отложений достигает 20...25 км, а на Русской платформе — 1,5...2,0 км.

Наряду с пластовым строением толщ осадочных пород, в них очень часто наблюдается микрослоистость, отражающая взаимо­связь структуры осадочной толщи и смены времен года на суше. Микрослоистость наиболее характерна для озерных отложений.

В общем случае мощность большинства континентальных отло­жений зависит от форм рельефа, на которых они развиваются. Совершенно естественно, что наибольшую мощность они имеют в депрессиях (понижениях) погребенного рельефа.

При незначительном наступлении моря на сушу оно вдается в сушу по древним деп­рессиям в рельефе, главным образом по речным долинам, обра­зуя мощные морские осадки.

С инженерно-геологической точки зрения наряду со сменяе­мостью и мощностью пластов большое значение имеет их протя­женность, т.е. распространение пластов в плане. Действительно, анализ инженерно-геологическом обстановки строительной пло­щадки можно производить лишь в том случае, если имеется пра­вильное представление о геологическом строении рассматриваемой территории.

Среди геологических факторов важную роль играет условие сменяемости пластов в горизонтальном направлении. Данная за­дача относительно просто решается применительно к осадочным толщам морского происхождения, когда слои залетают горизонтально. При нарушенном их залегании она существенно осложня­ется. Еще более сложным оказывается прогноз условий залегания магматических пород, особенно пород континентальных форма­ций.

Наибольшую протяженность пластов, измеряемую иногда сот­нями километров, имеют осадки морского происхождения. Очевидно, что граница распространения этих осадков определяется очертанием морского бассейна, в котором они отлагались. Очень часто те или иные слои морских пород исчезают из разреза вслед­ствие последующего их смыва водами трансгрессирующего моря или в условиях их контитентального существования. Наличием размыва объясняются и те неровности, которые имеют в кровле и в подошве пласты морских осадочных пород. С этим фактом осо­бенно часто приходится встречаться, когда пласты коренных по­род залегают непосредственно под покровными образованиями четвертичных отложений, особенно в долинах древних рек.

Континентальные отложения, т.е. отложения, образовавшиеся на суше, по условию своего распро­странения представляют прямую противоположность морским осадкам. Часто изменяющийся режим процесса осадкообразова­ния, неровности поверхности земли приводят к тому, что пласты быстро выклиниваются, непостоянны по составу и мощности, в их чередовании нет четко выра­женной закономерности. В подобных условиях ин­формация о геологическом строении толщи может оказаться за­висимой от плотности расположения разведочных выработок (скважин) и направления сечения, по которому строится геоло­гический разрез.

Исключением из данного правила являются лёссы пустынь и засушливых степей. Они отличаются колоссальным распростране­нием, так как условия осаждения атмосферной пыли, из которой они образовались, были более или менее постоянными на значи­тельной территории.