Динамотермалыго-метаморфизованные породы как грунты

Метаморфические грунты образуются при воздействии на осадочные и изверженные породы давления, температуры и флюидов. В зависимости от температуры, давления, типа метаморфизма ис­ходные породы претерпевают различные преобразования. При региональном метаморфизме образуется последовательный ряд фаций от филлитов до кри­сталлических сланцев и гнейсов, при контактовом — роговики и сланцы, при катакластическом — милониты и катаклазиты.

Наиболее распространенными грунтами метаморфического генезиса яв­ляются регионально метаморфизованные породы. Они широко распростране­ны в горно-складчатых областях. В зависимости от интенсивности регионального метамор­физма грунты этого генезиса существенно различны по свойствам, устойчи­вости на склонах и в искусственных выработках, выветриванию.

Наименее прочными и устойчивыми являются глинистые сланцы, обра­зовавшиеся в результате метаморфизма каолинитовых, монтмориллонитовых и гидрослюдистых глин при невысоких температурах (менее 300°С) и давле­ниях менее 200 МПа. В составе глинистых сланцев преобладают глинистые ми­нералы, под микроскопом могут различаться зерна кварца, листочки хлорита или светлой слюды, иногда пирита, тонко распыленного углистого вещества. Текстура пород тонкослоистая, что определяет их быструю выветриваемость с образованием листоватой щебенки и низкую морозостойкость.

С повышением температуры до 300—350°С и давления до 400—500 МПа глинистые сланцы преобразовываются в филлиты. Характернейшей чертой их минерального состава является полное исчезновение монтмориллонита, гид­рослюд, смешанослойных минералов.

При метаморфизации эффузивных пород основного состава образуются зеленые сланцы. Это рассланцованные породы, полностью утратившие пер­воначальную структуру и текстуру. Главными минералами, слагающими их, являются актинол, эпидот, хлорит, альбит, кварц и кальцит. Соответственно различают кальцит-хлоритовые, эпидот-актинолитовые и другие разновид­ности сланцев, хотя прочность их значительно выше, чем у глинистых слан­цев и филлитов, они легко выветриваются, неустойчивы на склонах, в склад­чатых областях по ним развиваются линейные зоны и глубокие карманы вы­ветривания.

При температурах выше 400°С и давлениях 800—1000 МПа образуются слю­дяные (кристаллические) сланцы, породы с четко выраженной зернистой структурой, которые состоят из агрегатов кварца, слюды, полевых шпатов (обычно плагиоклазов). В них отсутствуют такие минералы, как калиевый по­левой шпат, меняется состав плагиоклазов, появляются биотит и андалузит. Слюдяные сланцы образуются как из осадочных (парасланцы), так и из из­верженных (ортосланцы) пород.

Инженерно-геологические свойства кристаллических (слюдяных) слан­цев. Толща метаморфических сланцев про­терозойского возраста мощностью более 1000 м имеет неоднородный состав. Нижняя ее часть сложена метаморфизованными осадочными породами (па­расланцами), а верхняя — метаморфизованными эффузивами и туфогенно­осадочными толщами (ортосланцами). Эта толща состоит из однообразных мелкокристаллических пород, окрашенных в тусклые зеленые тона, в разрезе которых выделяются пачки пород с различным содержанием кварца, плаги­оклаза, эпидота и слюд.

Судя по результатам массовых определений, физико-механические свой­ства сланцев практически не зависят от их петрографического состава. Гораз­до большее влияние на свойства сланцев оказал контактовый метаморфизм в зоне влияния ближайшей гранитной интрузии. Ширина этой зоны в парасланцах достигает 2 км. Ороговикованные сланцы имеют большую плотность, мелкую пористость и очень высокие значения прочностных и деформацион­ных показателей. В целом же толща сланцев может рассматриваться как высокопрочная, квазиоднородная, с величинами удельного водопогло­щения в сохранных блоках менее 0,1 л/мин.

Однако следует помнить, что все сказанное справедливо лишь для нена­рушенного невыветрелого массива. В зоне выветривания и разуплотнения, мощность которых в рассматриваемом случае изменяется от 5 до 30 м, все эти показатели иные.

Среди пород, претерпевших глубокий региональный метаморфизм, особо следует выделить гнейсы, обычно приуроченные к областям древней докембрийской складчатости, где они слагают сложнодислоцированные массивы большой протяженности в парагенезе с гранитогнейсами. Показатели физи­ко-механических свойств гнейсов достаточно высоки как в крест, так и парал­лельно сланцеватости. Однако в зависимости от структурно-текстурных осо­бенностей они могут изменяться в значительных пределах.

Наиболее распространенными метаморфическими карбонатными грунта­ми являются мраморы. Они могут образовываться как при региональном, так и при контактовом метаморфизме. Это зернистые породы, состоящие из каль­цита или доломита, иногда с примесью глинистых и кремнистых минералов. В зависимости от температуры и интенсивности метаморфизма структура их может быть различная. В общем случае с ростом температур наблюдается уве­личение зернистости от мелко- и неравномернозернистых для низкотемпера­турных мраморов к крупно- и равномернозернистым у высокотемпературных разностей. Величина зерен кальцита и доломита может изменяться от долей до 10 мм и более. Породы регионально метаморфизованных комплексов име­ют сланцеватую текстуру, а мраморы, образующиеся при контактовом мета­морфизме, — массивную.

В зависимости от структуры и текстуры, примесей кремнезема или глини­стости, показатели физико-механических свойств мраморов изменяются в широких пределах — от 100 МПа и более у мелкозернистых кремнистых раз­ностей до 40—50 МПа у крупнозернистых.

В той же последовательности уменьшается морозостойкость пород. Так, среднезернистые кальцитовые массивные мраморы протерозойского возраста бассейна Амура характеризуются величиной прочности на сжатие 110— 120 МПа; при водонасыщении она снижается до 80 МПа, а после испытания на морозостойкость — до 75 МПа. Прочность мелкозернистых доломитовых мраморов может достигать 200 МПа и более.

В отличие от других метаморфических пород мраморы растворяются в воде, содержащей углекислоту, хотя и очень слабо. Растворимость их также зависит от структуры: легче растворяются мелкозернистые разности.

Наиболее распространенной породой, образующейся при термальном контактовом метаморфизме, являются роговики. Для них характерна полная перекристаллизация исходного материала, образование кристаллобластических структур. Внешний вид роговиков разнообразен. Обычно это темные плот­ные породы с однородной текстурой и мелкозернистой структурой. Изменчив и минеральный состав роговиков. Чаще других встречаются кварц-биотит-по- левошпатовые породы, образовавшиеся по пелитовому материалу.

В инженерно-геологической практике роговики рассматриваются как весьма благоприятные основания для ответственных сооружений. Прочность их обычно превышает механические параметры вмещающих пород, а от пород интрузий их выгодно отличает меньшая трещиноватость и большая однородность.

Хотя все роговики являются прочными породами, различия в физико­механических свойствах отдельных их разновидностей могут быть весьма су­щественными, что определяется как их составом, так и структурно-текстурными особенностями. В частности, при изучении роговиков одного из место­рождений Моральского района они по величине прочности были разделены на две группы. Большая часть образцов характеризуется значениями R = 60— 100 МПа. Одновременно выделяется группа пород с очень высокой прочнос­тью — более 150 МПа. Как показали петрографические исследования, наибо­лее высокими показателями физических и механических свойств обладают тонко- и мелкозернистые разности; сниженные значения характерны для не­равномернозернистых пород с пористостью до 3,5%. Все роговики устойчивы к выветриванию, на сложенных ими природных склонах формируются обва­лы, курумы, крупнощебнистые осыпи.