CC BY
21
УДК 624.131.1. (571.5)
СЦЕНАРИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ЦИКЛИЧНО ПОСТРОЕННЫХ ГРУНТОВЫХ ТОЛЩ (ОРИГИНАЛЬНЫЙ КОМБИНИРОВАННЫЙ МЕТОД)
А
© Т.Г. Рященко1
Институт земной коры СО РАН, 664033, Россия, Иркутск, Лермонтова, 128. Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассматриваются результаты оригинального комбинированного метода при изучении циклично построенных грунтовых толщ, когда одновременно на одном объекте собирается комплексная информация геологического, литологического и грунтоведческого характера. Представлены материалы по геолого-литологическому разрезу Игетейский - Лог1 на левобережье Осинского залива Братского водохранилища, на основании которых предложен сценарий формирования циклитов толщи и их признаков - параметров микроструктуры, состава и некоторых свойств.
Ил. 2. Табл. 5. Библиогр. 10 назв.
Ключевые слова: геолого-генетический комплекс; циклит; погребенная почва; глинистые грунты; связные пески; микроструктура; глинистые минералы; свойства.
FORMATION SCENARIO OF CYCLICALLY BUILT UNDERGROUND STRATA (ORIGINAL COMBINED METHOD) T.G. Ryashchenko
Institute of the Earth's Crust SB RAS, 128 Lermontov St., Irkutsk, 664033, Russia. Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The article discusses the results of the original combined method used for studying cyclically built underground strata, when integrated geological, lithological information and the data on ground studies are collected in one place at the same time. It presents the materials on the geological and lithological open-pit mine Igeteisky - Log, which is located on the left bank of Osinsky Bay of the Bratsk reservoir. They serve the basis for the proposed formation scenario of strata cyclites
1 Рященко Тамара Гурьевна, ведущий научный сотрудник, доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры прикладной геологии Института недропользования НИ ИрГТУ, тел.: (3952) 426133, e -mail: [email protected] Ryashchenko Tamara, Leading Researcher, Doctor of Geological and Mineralogical sciences, Professor of the Department of Applied Geology of the Institute on Subsoil Use of National Research Irkutsk State Technical University, tel.: (3952) 426133, e-mail: [email protected]
50
ВЕСТНИК ИрГТУ №7 (78) 2013
and their features including microstructure parameters, composition, and some other properties. 2 figures. 5 tables. 10 sources.
Key words: geological and genetic complex; cyclite; buried soil; clay soils; cohesive sands; microstructure; clay minerals; properties.
Автором разработан и реализован оригинальный комбинированный метод изучения циклично построенных разрезов (они содержат горизонты погребенных почв) глинистых и лёссовых грунтов, когда одновременно на одном объекте собирается комплексная информация геологического, литологического и грунто-ведческого характера. Подобный метод мы использовали для обоснования расчленения проблемного разреза «Мальта» [7], а также при сопоставлении лёссовых толщ Беларуси и юга Восточной Сибири [8]. В качестве новых объектов исследованы разрезы Иге-тейский - Лог1, 2, расположенные по левобережью Осинского залива Братского водохранилища, где распространены породы красноцветной терригенной формации среднего-верхнего кембрия (верхоленская свита), а также в Верхнем Приангарье (Грановщина, Усть-Одинский - район распространения пород угленосной юрской формации) и Тункинской впадине (Зан-гисан). Мощность изученных грунтовых толщ составляет 5-20 м.
Необходимо отметить, что исследованные разрезы не являются инженерно-геологическими, они представляют собой геологические объекты (скв. ГС1 в районе д. Мальта глубиной 20 м) или специальные
расчистки (вскрытая мощность 5-10 м) в оврагах и уступах террас, особенностью которых оказывается присутствие многочисленных погребенных почвенных горизонтов, что позволяет выделить определённое количество циклитов и рассмотреть сценарий их формирования. Циклиты, согласно представлениям Я.Е. Шаевича, объединяют почвенный горизонт и субстрат, на котором этот горизонт образуется [10].
Схема системного анализа проблемных разрезов. Информационное содержание блоков схемы системного анализа представлено на рис. 1. Итогом первого этапа является построение геолого-литологической колонки с выделением геолого-генетических комплексов на базе полевой документации и детального описания образцов (опробование проводится через 0,2-0,4 м) в камеральных условиях. На втором этапе выполняется комплекс лабораторных исследований. Особый блок составляют результаты определения абсолютного возраста погребенных почв радиоуглеродным методом. Системный анализ завершается так называемым сценарием, под которым подразумевается описание условий формирования циклитов и признаков их микроструктуры, состава и свойств.
Полевое описание —► Детальное описание —► Построение геолого-литологическои колонки
1 г
Комплекс лабораторных исследований
Микроструктура
Химический состав
Микроэлементы
Определение абсолютного возраста /И
( С) погребенных почв
Сценарий формирования грунтовой толщи
Рис. 1. Схема системного анализа геолого-литологического разреза грунтовой толщи: ГМ - глинистые минералы; Э - содержание водорастворимых солей, карбонатов, аморфных полуторных оксидов, подвижных форм оксида алюминия (по данным химического анализа водных, солянокислых и щелочных вытяжек грунта); Сор - содержание гумуса; 1р - число пластичности; ssw - относительное набухание; Уу - объемная усадка; ЕКО - емкость катионного обмена грунта, ЕКО1 - то же фракции < 0,001 мм; Ус - седиментационный объем; ps - плотность минеральной части грунта; Кф - коэффициент фильтрации; ф - угол естественного откоса
песчаного грунта
Комплекс лабораторных исследований. При изучении микроструктурных параметров мы рекомендуем новый метод «Микроструктура», разработанный в грунтоведческой группе Аналитического центра Института земной коры СО РАН [5]. Метод основан на результатах гранулометрического анализа грунта, который выполняется пипеточным способом с тремя вариантами подготовки образца: агрегатной (взбалтывание в воде - разрушаются только водонеустойчи-вые агрегаты), стандартной (кипячение с аммиаком -происходит частичное разрушение агрегатов) и дисперсной (кипячение с пирофосфатом натрия - достигается максимальное разрушение агрегатов). Затем рассчитываются коэффициенты микроагрегатности для шести фракций: крупно-среднепесчаной (1,000,25 мм), тонко-мелкопесчаной (0,25-0,05 мм), крупно-пылеватой (0,05-0,01 мм), мелкопылеватой (0,0100,002 мм), грубоглинистой (0,002-0,001 мм) и тонкоглинистой (< 0,001 мм). Коэффициент микроагрегатности - это разность содержаний фракций, полученных при дисперсной и агрегатной подготовке образца к анализу, его значения с отрицательным знаком показывают количество агрегатов соответствующей размерности (содержание фракции уменьшается за счет разрушения этих агрегатов), с положительным -содержание фракции в составе агрегатов (при их разрушении частицы меньших размеров освободились и составили «прибавку» соответствующей фракции). Далее ведутся специальные расчеты для получения 28 параметров микроструктуры отложений (%), в том числе определяется общее число агрегатов (А) и их разновидностей (А2-4), рассчитываются коэффициенты свободы всех фракций (F1-6), содержание свободных частиц (М1-5) и величина реальной глинистости грунта (М8 - содержание фракции < 0,002 мм в свободном состоянии и в составе агрегатов).
В зависимости от количества агрегатов (А, %) определяется тип микроструктуры: А < 10 - скелетная; 10 < А < 25 - агрегированно-скелетная; 25 < А < 40 -скелетно-агрегированная; А > 40 - агрегированная. Для установления типа структурной модели отложений (лёссовых грунтов) определяется сумма агрегатов и первичных частиц соответствующего размера (A + Mj) и рассчитывается коэффициент элементарности, показывающий долю первичных частиц в общей сумме структурных элементов (G = Mj / [Aj + Mj]). Тип структурной модели устанавливается по двум позициям - размеру преобладающих структурных элементов и коэффициенту элементарности.
Состав и содержание глинистых минералов определяется с помощью программного комплекс «Decompose» и прогнозных экспресс-методов 1, 2 [6].
По результатам химического анализа водных, солянокислых и щелочных вытяжек грунта устанавливается содержание и состав водорастворимых солей (Бвр), карбонатов (Бкр), аморфных полуторных оксидов (Р20з) и подвижных форм оксида алюминия (Al203**); по методу И.В. Тюрина определялось содержание гумуса [1].
Химический состав (содержание породообразующих оксидов) определяется методом силикатного
анализа с последующим расчетом девяти геохимических коэффициентов, в том числе климатических модулей. Для получения концентраций 18 микроэлементов (V, Cr, Ba, La, Ce, Nd, Nb, Zr, Y, Sr, Rb, Co, Ni, Cu, Zn, Pb, As, Sn) используется метод рентгенофлуорес-центного анализа (РФА) [4]. Определения выполняются на энергодисперсионном спектрометре с поляризатором и сканирующем спектрометре PIONEER фирмы «Bruker».
Из числа показателей некоторых свойств определяются пластичность, набухание, усадка и ёмкости катионного обмена грунта и его тонкоглинистой фракции; для песчаных грунтов измеряются коэффициент фильтрации и углы естественного откоса на воздухе и под водой [1, 2].
Объект исследований. В качестве примера реализации информации по указанным блокам системного анализа (см. рис.1) был использован геолого-литологический разрез Игетейский - Лог1 (левобережье Осинского залива Братского водохранилища) мощностью 10,5 м, изучение которого проводилось в рамках регионального проекта 05-05-97234 (Р-байкал-а) «Цикличность эрозионно-аккумулятивных процессов и трансформация структуры эрозионной сети Байкальского региона» (научный руководитель Ю.В. Рыжов, зав. лабораторией геоморфологии Института географии СО РАН). Разрез содержит две погребённые почвы и состоит из трех частей: 1) верхняя (0-5,4 м) - пески сыпучие, средне-мелкозернистые, редко связные (облессованные), с глинистыми прослоями; 2) средняя (5,4-8,6 м) - казанцевская погребённая почва (ппг2 - 5,4-6,2 м), суглинки влажные, коричневато-серые, тяжёлые, вязкие, агрегированные (6,2-8,6 м); 3), нижняя (8,6-10,5 м) - погребённая почва (ппг1 -8,6-9,1 м), суглинки палево-розовые, пылеватые (9,110,5 м). В средней и нижней частях разреза в глинистых отложениях, в том числе и погребённых почвах, отмечается макропористая структура, формирование которой связано с криогенными процессами (макропоры - многочисленные точечные небольшие углубления, редко - каверны неправильной формы).
Для казанцевской погребённой почвы (кровля её верхней части) в лаборатории палеогеографии и геохронологии четвертичного периода факультета географии и геоэкологии Санкт-Петербургского государственного университета радиоуглеродным методом определён абсолютный возраст - > 38450 л.н.
Верхнюю часть разреза (муруктинские пески) можно отнести к озёрно-эоловому геолого-генетическому комплексу, формирование которого произошло в период, соответствующий позднему этапу верхнего звена плейстоцена и раннему голоцену (l-vQ33-Q41), среднюю - к древнему пролювиально-делювиальному комплексу (p-dQ23-Q31), на котором формировалась казанцевская почва (ранний этап верхнего звена плейстоцена - Q31). Нижняя погребённая почва (ппг1), субстратом которой была дисперсная зона элювия верхоленской свиты (vl), является ещё более древним образованием и может быть отнесена к среднему этапу среднего звена плейстоцена (Q22).
Таким образом, исследованный разрез является полигенетическим и содержит две древние погребённые почвы. В этом случае можно выделить несколько циклитов (снизу вверх по времени их образования): 1) дисперсная зона элювия на породах верхоленской свиты (суглинки палево-розовые) + ппг1 ^22); 2) древний пролювиально-делювиальный комплекс (суглинки коричневые, тяжёлые, вязкие) + ппг2 ^23 - Q31); 3) муруктинские пески + современная почва ^33 - Q4).
Материалы по изучению глинистых минералов элювиальной зоны верхоленской свиты пролю-виально-делювиального комплекса и казанцевской почвы разреза Игетейский - Лог1 были представлены ранее в обзорной статье «Глинистые минералы дисперсных грунтов Монголо-Сибирского региона (методы и прогнозы)» [9], поэтому основное внимание при обсуждении результатов уделяется микроструктуре, компонентам, формирующим структурные вязи, и свойствам грунтов разреза. Результаты изучения их химического и микроэлементного состава предполагается представить в отдельной публикации.
Обсуждение результатов. Лабораторные исследования. При анализе полученных аналитических данных о микроструктуре, составе и некоторых свойствах исследованных дисперсных грунтов разреза были поставлены следующие задачи:
- выявить общие особенности глинистой полигенетической толщи;
- установить признаки, свойственные казанцев-ской погребённой почве и нижнему погребенному почвенному горизонту;
- выявить критерии-признаки выделенных элементов разреза;
- используя аналитические критерии и информацию геолого-литологического характера, попытаться
представить сценарий формирования циклично построенной грунтовой толщи и её признаков.
Из разреза-расчистки было отобрано 14 образцов нарушенной структуры, для которых получены комплексные лабораторные данные. Эти материалы использовались для выявления общих особенностей толщи и признаков-корреляторов для её отдельных элементов (циклитов). В качестве примера приведены результаты только для четырёх представительных образцов (табл. 1-5), которые одновременно являются иллюстрацией для изложенных выше методических приёмов определения того или иного показателя. Например, в табл. 1 приведены данные гранулометрического анализа грунтов с тремя вариантами подготовки, что явилось основой для дальнейших расчетов по методу «Микроструктура».
Далее были рассчитаны 28 микроструктурных параметров и установлены типы микроструктуры и структурной модели грунта (табл. 2, 3).
На основании всего фактического материала (исследовано 14 образцов) выявлено, что к числу общих особенностей полигенетической глинистой толщи относятся высокие агрегированность (А=25,1-37,4 %) и реальная глинистость (М8=25,5-37,4 %), а также очень высокое (М11=50,1-78,7%) суммарное содержание крупно- и мелкопылеватых фракций, фиксируемое при стандартной гранулометрии (это первичные частицы и агрегаты). Отмечен низкий коэффициент свободы тонкоглинистой (< 0,001 мм) фракции ^6=1-11%), поэтому можно заключить, что именно эти частицы являются главным «строительным» материалом для агрегатов. Полностью свободны средне-крупнопесчаные (1,00-0,25 мм), тонко-мелкопесчаные (0,25-0,05 мм) и крупнопылеватые (0,05-0,01 мм) фракции ^1_3=100%).
Таблица 1
Результаты гранулометрического анализа грунтов_
Номер образца Глубина отбора образца, м ГГК Тип грунта (ппг) Содержание фракций, %
Мпс1 Мпс2 Мп1 Мп2 Мс1 Мс2
12 5,5 - ппг2 9,1 27,6 47,9 11,5 1,9 2,0
8,7 24,9 43,3 15,5 2,2 5,4
8,5 16,0 34,0 12,3 4,2 25,1
6 7,4 p-dQ gln 8,8 28,8 50,6 9,4 0,2 2,2
7,0 27,6 40,8 14,5 5,5 4,6
6,4 20,2 39,5 8,4 4,9 20,6
3 9,0 - ппг1 2,9 26,1 50,0 16,5 0,3 4,2
2,4 12,0 55,2 15,4 5,3 9,7
1,9 9,9 44,0 6,8 5,2 32,2
2 9,2 e/vl gln 3,0 11,1 60,4 21,3 3,8 0,4
2,4 10,6 52,6 29,5 2,8 2,4
1,5 6,6 40,2 17,8 6,3 27,6
Примечание. ГГК - геолого-генетический комплекс: p-dQ - пролювиально-делювиальный нерасчлененный, e/vl - дисперсная зона элювия на породах верхоленской свиты; ппг - погребенный почвенный горизонт: gln - глинистый грунт. Верхняя строка данных по образцу - результаты анализа с агрегатной подготовкой образца, средняя - то же с полудисперсной (стандартной), нижняя - то же с дисперсной. Содержание фракций, %: Мпс1 - средне-крупнопесчаной (1,00- 0,25 мм); Мпс - тонко-мелкопесчаной (0,25-0,05); Мп1 - крупнопылеватой (0,05-0,01); Мп2 - мелкопылеватой (0,010-0,002); Мс1 - грубоглинистой (0,001-0,002); Мс2 - тонкоглинистой (< 0,001).
Таблица 2
Параметры микроструктуры грунтов, %
Номер образца; глубина отбора образца, м; тип грунта
Параметры
12; 5,5; 6; 7,4; 3; 9,0; 2; 9,2;
микроструктуры ппг2 p-dQ ппг1 e/vl
грунтов
А 26,1 23,1 32,9 29,7
А1 0,6 2,4 1,0 1,5
А2 11,6 8,6 16,2 4,5
А3 13,9 11,1 6,0 20,2
А4 - 1,0 9,7 3,5
А5 - - - -
М1 8,5 6,4 1,9 1,5
М2 16,0 20,2 9,9 6,6
М2"А - - - -
М3 34,0 39,5 44,0 40,2
М3"А - - - -
М4 11,5 8,4 6,8 17,8
М4"А 0,8 - - -
М5 1,9 0,2 0,3 3,8
М5"А 2,2 4,7 4,9 2,5
М6 2,0 2,2 4,2 0,4
М6"А 234,1 18,4 28,0 27,2
М' 25,1 20,6 32,2 27,6
М8 29,2 25,5 37,4 33,9
М9 7,6 10,1 15,0 5,2
Кгл 3,8 2,5 2,5 6,5
М11 58,8 55,3 70,6 82,1
р1 100 100 100 100
р2 100 100 100 100
р3 100 100 100 100
р4 93 100 100 100
р5 46 4 6 60
р6 8 11 13 1
Примечание. А - общее количество агрегатов, в том числе: А - 1,00-0,25; 0,25-0,05; 0,05-0,01; 0,010-0,002; 0,002-0,001 мм; М1"5 - количество первичных частиц тех же размеров, М6 - количество первичных частиц < 0,001 мм; М2"А - М6"А - количество частиц 1,00-0,25; 0,25-0,05; 0,05-0,01; 0,010-0,002; 0,002-0,001; < 0,001 мм в составе агрегатов; М7 - общее количество (первичных и в составе агрегатов) частиц < 0,001 мм; М8 - общее количество (первичных и в составе агрегатов) частиц < 0,002 мм (нижняя строка данных по образцу в табл. 1); М9 - общее содержание грубо- и тонкоглинистых частиц (< 0,002 мм) по стандартной гранулометрии (средняя строка данных по образцу в табл. 1); Кл - коэффициент глинистости (М8/М9); М1 - общее количество крупно- и мелкопылеватых частиц (0,050-0,002 мм) по стандартной гранулометрии; Р1- Р6 - коэффициенты свободы, рассчитанные для фракций 1,00-0,25; 0,25-0,05; 0,05-0,01; 0,010-0,002; 0,002-0,001; < 0,001 мм
Таблица 3
Структурная модель грунта при скелетно-агрегированном типе микроструктуры_
Номер образца Глубина отбора образца, м Тип грунта; ГГК А, % Тип структурной модели грунта М7 F6 М8
12 5,5 ппг2 26,1 Х3 47,9 С3 71 крупнопылеватая, смешанная 25,1 8 29,2 суглинок
6 7,4 gln; p-dQ 23,1 Х3 50,6 С3 78 крупнопылеватая, смешанная 20,6 11 25,5 суглинок
3 9,0 ппг1 32,9 Х3 50,0 С3 88 крупнопылеватая, элементарная 32,2 13 37,4 глина
2 9,2 gln; e/vl 29,7 Х3 60,4 С3 67 крупнопылеватая, смешанная 27,6 1 33,9 глина
Следует отметить стабильное содержание (в среднем 0,43%) в отложениях водорастворимых солей, постоянный карбонатно-сульфатный тип засоления и щелочную реакцию среды (рН=7,2-7,8), что объясняется развитием здесь пород красноцветной терригенной формации с прослоями гипса. Для всего разреза отмечается высокое содержание карбонатов (11,54-27,42%), преобладают СаСО3 и FeCO3 (табл. 4). Несмотря на высокое реальное содержание глинистой фракции, пластичность отложений незначительна (^=3,3-8,0%), поскольку проявлению этого свой-
ства мешает их агрегированность (см. табл. 2, 5).
Таким образом, для выделенных элементов разреза критерии-признаки установлены. К ним относятся параметры микроструктуры: содержание тонко-мелкопесчаных агрегатов (А2) и первичных частиц (М2), коэффициент глинистости (Кгл), реальное содержание тонкоглинистой фракции (М7) и её коэффициент свободы ^6), количество крупнопылеватых агрегатов (А3). Кроме того, к числу критериев различия относится также содержание разновидностей глинистых минералов (рис. 2).
Таблица 4
Состав карбонатных солей, общее содержание карбонатов (Бкр), содержание подвижных форм оксида
алюминия (А!20з*) и гумуса (Сорг) (%)
Номер образца Глубина отбора образца, м Тип грунта; ГГК CaCO3 MgCO3 FeCO3 S4> Al2O3* Сорг
12 5,5 ппг2 6,98 0,54 4,02 11,54 1,22 2,10
6 7,4 gln; p-dQ 10,96 10,70 3,54 25,20 0,60 0,60
3 9,0 ппг1 8,97 6,88 6,04 21,89 0,80 0,22
1 9,5 gln; e/vl 17,94 н/о 1,61 19,55 0,58 0,54
Примечание. н/о - компонент не обнаружен.
Содержание разновидностей хлорита (разрез "Игетейский - Лог1)
О)
х га
га ц
* S
С С
О) О)
О s
О 2
40
- 30
20
10
2
3
4
ГГК: 1,2 - ппг2; 3,4 - pdQ; 5 - e/vl а)
Содержание разновидностей Гс (разрез "Игетейский - Лог1")
Х2 Х3 Х4
80 i
i
S
о.
0) ч о о
иТ 60 о
<3 40 о.
0
1 20
Гс4 Гс3 Гс1
1 2 3 4 5
ГГК: 1,2 - ппг2, 3,4 - pdQ; 5 - e/vl б)
Рис. 2. Изменчивость содержания разновидностей хлорита (а) и гидрослюды (б) в грунтах различных ГГК разреза «Игетейский - Лог1»
0
1
5
0
В то же время циклично построенная толща четвертичных отложений имеет унаследованный от «коренной основы» (верхоленской свиты среднего-верхнего кембрия) состав глинистых минералов (каолинит-хлорит-гидрослюдистая ассоциация). Некоторый тренд (увеличение или уменьшение содержания) имеет только смектит, что подтверждается значениями набухания грунта (0,4-5,0 %) и физико-химической активности его тонкоглинистой фракции (ЕКО1 =10,5-73,3 мг-экв).
Индикатором казанцевской почвы (ппг2) является гумус - 2,10-2,46%. Для нижнего погребённого горизонта (ппг1) этот индикатор отсутствует, его роль выполняют магниевые и железистые карбонаты (см. табл. 4). Казанцевская почва практически не набухает (£зи=0,4-2,8 %), но её глинистый субстрат (р-с102 -Оз1) это свойство проявляет (5,0-5,2%). Следовательно, здесь, возможно, изменяется состав глинистых минералов, которые определяют набухание (видимо, содержание смектита увеличивается за счет смешано-слойных минералов Гс - С и гидрослюды с пакетами смектита) (табл. 5).
толщи, т.е. в период, соответствующий среднему звену плейстоцена (О2) и, вероятно, в эпоху потепления, поскольку самая древняя почва (ппг1) возникла на суглинистом элювии - дисперсной зоне выветривания пород верхоленской свиты среднего-верхнего кембрия (красноцветная терригенная формация). В элювии много первичного пылеватого материала и агрегатов - тонко-мелкопесчаных сингенетических (образуются при выветривании алевролитов и аргиллитов) и крупнопылеватых эпигенетических. Структурная модель грунта - крупнопылеватая смешанная; отмечаются низкая пластичность (по причине агрегированно-сти: реальная глинистость высокая, но частицы мобилизованы в агрегаты) и слабое набухание, которое определяет состав глинистых минералов. Почвенный горизонт (ппг1) наследует указанные выше микроструктурные признаки субстрата и карбонатно-сульфатный тип засоления (верхоленская свита богата сульфатами, там много гипсовых прослоев). Появляется в заметном количестве МдС03, увеличивается содержание подвижных форм оксида алюминия, но гумуса очень мало (видимо, климат недостаточно тёп-
Показатели некоторых физических и физико-химических свойств грунтов
Таблица 5
Номер образца Глубина отбора грунта, м Тип грунта; ГГК Ус Рз Wт Wp 1р Wн Уу W (паста)
12 5,5 ппг2 2,3 2,72 27,4 23,0 4,4 2,8 27,4 24,4 23,0
6 7,4 д1п; р-СО 3,4 - 25,0 21,4 3,6 5,2 28,6 24,4 21,4
3 9,0 ппг1 4,4 2,62 33,3 25,3 8,0 3,0 32,7 24,4 25,3
1 9,5 д1п; еМ 2,7 2,63 25,4 21,8 3,6 3,8 28,4 15,9 21,8
пределы
текучести, пластичности, число пластичности, %; Еэш - относительное набухание, Wн - влажность набухания, Уу - объемная усадка, W - влажность пасты, %.
Нижняя погребённая почва и её субстрат (еМ) набухают слабо (менее 4%), следовательно, в разрезе имеет место некоторая смена состава глинистых минералов, что подтверждает смену геолого-генетического комплекса отложений.
Если аморфный кремнезем по разрезу составляет 3-4%, то содержание полуторных оксидов (Р203) в 1,5-2 раза выше, ими обогащены и погребённые почвенные горизонты, и их субстрат. Подвижные формы оксида алюминия также содержатся в заметном количестве, при этом в почвах их больше, чем в субстрате; чётко отсекается верхняя часть разреза - там нет гумуса, в 2-3 раза меньше Р203, А1203*.
Сыпучие муруктинские пески обогащены фракцией менее 0,1 мм (65,9-81,9%) и характеризуются значительной водопроницаемостью (коэффициент фильтрации 3,40-3,50 м/сут). Некоторые образцы имеют следы связности, в этом случае пески изменяют угол откоса под водой на 13о и отличаются пониженным коэффициентом фильтрации (0,94 м/сут).
Сценарий формирования отложений и их признаков. Представляем возможный сценарий с учетом полученных геолого-литологических и лабораторных данных.
Эрозионный врез произошел, по-видимому, до накопления глинистой пролювиально-делювиальной
лый и влажный). Только в этой почве отмечаются мелкопылеваые агрегаты (А4).
Процессы аккумуляции активизировались в эпоху похолодания, когда врез заполнялся делювием (происходил плоскостной и солифлюкционный снос глинистого материала) и пролювием (поступали периодические порции глинистого и песчаного материала). Формируются пролювиально-делювиальные глинистые отложения с высоким реальным содержанием фракции < 0,002 мм (до 37 %), которые на стадии диагенеза и в процессе постдиагенетических преобразований приобрели агрегированность. Здесь снова много первичных крупнопылеватых частиц, агрегаты преимущественно тонко-мелкопесчаные (А2), возможно, сингенетического происхождения. В результате при скелет-но-агрегированной микроструктуре тип структурной модели грунта - крупнопылеватая элементарная. Отложения высоко карбонатизированные, преобладает СаСО3, но появляется МдС03, возрастает содержание полуторных аморфных оксидов, несколько повышается пластичность, фиксируется набухание (изменяется состав глинистых минералов).
Перерыв в осадконакоплении наступил в начале верхнего звена плейстоцена (О31), в эпоху следующего потепления, когда стала формироваться казанцевская почва, возраст которой по стратиграфической шкале
115-130 тыс. л.н.[3]. Для образца из кровли этого древнего почвенного горизонта (ЛУ-6570) радиоуглеродным методом был определён абсолютный возраст - > 38450 лет. Таким образом, особая «древность» погребённого почвенного покрова, субстратом которой оказались глинистые пролювиально-делювиальные отложения, подтвердилась. Почва наследует микроструктурные признаки субстрата, однако в ней преобладают крупнопылеватые (эпигенетического происхождения) агрегаты и зафиксировано много гумуса (было тепло и влажно), набухание почти отсутствует (видимо, смектит преобразовался в каолинит). Тип микроструктуры почвы - скелетно-агрегированный, тип структурной модели - крупнопылеватый смешанный; отмечается высокое содержание карбонатов (до 21%) - это СаСО3 и РеС03.
При наступлении следующего похолодания продуктами аккумуляции оказались преимущественно песчаные толщи с прослоями глинистого материала (в их накоплении, возможно, принимали участие эоловые процессы, часть материала могла иметь озёрное происхождение - !-у033-04). По всей видимости, одновременно с аккумуляцией песчаного материала происходило промерзание ранее образовавшихся глинистых пролювиально-делювиальных отложений и дисперсного элювия верхоленской свиты, в том числе и сформированных на них погребённых почвенных горизонтов (ппг1, ппг2). Однако многолетняя мерзлота в период следующего (каргинского) потепления могла частично деградировать, а затем снова появиться (сартанское похолодание), чтобы окончательно исчезнуть в голоцене, оставив о себе следы в виде криогенных деформаций и макропористой структуры в глинистых отложениях и сформированных на них почвах. Продуктом криогенных воздействий могли стать эпигенетические крупнопылеватые (0,05-0,01 мм) агрега-
ты, содержание которых в элювии, ппг1, пролювиаль-но-делювиальной толще и казанцевской почве составляет 6,0-20,2% (см. табл. 2). Во вторичном агрегировании тонкоглинистого материала погребённых почвенных горизонтов могли принимать участие и почвообразовательные процессы.
В заключение можно сформулировать следующие выводы:
1. Предложен оригинальный комбинированный метод изучения проблемных циклично построенных геолого-литологических разрезов дисперсных грунтов, который заключается в системном анализе комплексной геологической, литологической и грунтоведческой информации, позволяющий представить возможный сценарий условий формирования толщи и её признаков, что является своеобразным «ответом» при решении морфологической и ретроспективной задач грунтоведения.
2. На примере изученного объекта (разрез Игетей-ский - Лог1) показана реализация системного анализа информационных блоков: выделены геолого-генетические комплексы и циклиты глинистых и песчаных грунтов, по результатам лабораторных исследований выявлены общие особенности грунтовой толщи и критерии-признаки циклитов.
3. На полученной информационной основе рассмотрены условия формирования отложений исследованного разреза, их микроструктуры, состава и некоторых свойств, что явилось сценарием их геологической истории от среднего плейстоцена до голоцена
(022 - 041).
Таким образом, предложенный метод позволяет «прочесть» наиболее вероятный сценарий формирования грунтовой толщи и её признаков, что подтверждают результаты, полученные на примере описанного проблемного разреза.
Библиографический список
1. Лабораторные работы по грунтоведению: учеб. пособие / под ред. В.Т. Трофимова и В.А. Королева. М.: Высш. шк., 2008. 519 с.
2. Методические рекомендации по определению физико-химических свойств почв и грунтов при инженерно-геологических и почвенно-мелиоративных изысканиях / под ред. Л.И. Кульчицкого. М.: Союзводпроект, 1977. 68 с.
3. Покатилов А.Г. Четвертичная геология: учеб. пособие. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2005. 201 с.
4. Ревенко А.Г., Худоногова Е.В. Рентгенофлуоресцентное определение содержаний неосновных и следовых элементов в различных типах горных пород, почв и отложений с использованием спектрометра S4 PIONEER // Украинский химический журнал. 2005. Т. 1. № 9-10. С. 39-44.
5. Рященко Т.Г. Региональное грунтоведение (Восточная Сибирь). Иркутск: ИЗК СО РАН, 2010. 287 с.
6 Рященко Т.Г., Ухова Н.Н. Химический состав дисперсных грунтов: возможности и прогнозы (юг Восточной Сибири). Иркутск: ИЗК СО РАН, 2008. 131 с.
7. Рященко Т.Г., Ухова Н.Н., Слагода Е.А. Изучение проблемных геолого-литологических разрезов глинистых отложений с применением грунтоведческих критериев // Отечественная геология. 2009. № 4. С. 61-67.
8. Рященко Т.Г., Ухова Н.Н., Штельмах С.И. Сравнительный анализ геохимических особенностей лессовых пород юга Восточной Сибири и Беларуси // Отечественная геология. 2011. № 2. С. 82-87.
9. Рященко Т.Г., Ухова Н.Н., Щетников А.А., Рыжов Ю.В. Глинистые минералы Монголо-Сибирского региона (методы и прогнозы) // Отечественная геология. 2012. № 6. С. 58-65.
10. Шаевич Я.Е. Цикличность в формировании лессов. Опыт системного анализа. М.: Наука, 1987. 103 с.
