Текстурные особенности лессовых пород определенным образом указывают на условия осадконакопления и литификации. Лессовидные суглинки нижнего горизонта отличаются обычно хорошо выраженной слоистостью, наличием включений крупных зерен и вторичных образований, что указывает на относительно интенсивные условия сидементации и глубокие изменения при диагенезе и катагенезе. Слоистость, встречающаяся в эолово-делювиальных и делювиальных разностях, связана с активизацией процессов плоскостного смыва в отдельные отрезки времени. Элювиально-делювиальные отложения отличаются текстурами, образующимися в процессе выветривания.
Лессовые породы отличаются значительным разнообразием состава (см. таблицу). Это – разновидности от пылеватых песков до тяжелых глин, но в подавляющем большинстве – средние суглинки. На долю пылеватых частиц приходится около 50% с преобладанием крупнопылеватой фракции.
Гранулометрический состав лессовых пород, %
| Генетический тип и возраст | Микроагрегатный способ подготовки | Гранулометрический способ подготовки | Коэфф. Агрегированности для фракций | |||||||
| Для частиц (в мм) | ||||||||||
| Песчаных2-0,05 | Пылеватых0,05-0,005 | Глинистых< 0,005 | Песчаных2-0,05 | Пылеватых0,05-0,005 | Глинистых< 0,005 | Менее0,005 мм | Менее0,001 мм | |||
| Приволжская возвышенность:Эолово-делювиальные верхнеплейстоценовые породыФлювиогляциальные среднеплейстоценовые породыПогребенная почва Иркутский амфитеатр:делювиальные верхнеплейстоценовые породыделювиальные среднеплейстоценовые породыаллювиальные верхнеплейстоценовые породыаллювиальные среднеплейстоценовые породыэлювиально-делювиальные образования на породах кембриято же, на породах ордовикато же, на породах юры | 21-29 2417-25 1920-25 221-77 335-46 213-81 363-45 2110-60 3818-48 297-88 35 | 51-56 5662-75 7161-70 6643-80 5132-72 6123-73 4543-73 6025-76 5235-71 5818-48 49 | 12-22 207-13 1010-15 123-48 165-40 183-39 209-48 193-34 107-37 133-39 16 | 15-24 1812-25 1910-15 1320-62 24 -25-53 3318-53 1929-46 3914-38 2412-62 25 | 51-56 5452-63 5950-56 5230-78 24 -38-63 4228-57 4732-57 4346-70 5920-63 41 | 19-33 2816-24 2231-40 358-51 26 -10-30 2517-35 258-29 1811-25 1718-44 34 | 1,42,22,91,6 -1,21,31,81,72,3 | 3,35,55,25,8 -4,28,87,34,428,2 | ||
Вопросы формирования лессовых пород.
Лессовые породы принято рассматривать как «единый самостоятельный литологический тип континентальных отложений, возникающих при определенных условиях диагенетических изменений рыхлых осадков в климатических условиях недостаточного увлажнения, развития степной растительности, фауны и т. д.»
В едином процессе литогенеза различается несколько стадий, каждая из которых характеризуется действием совокупности гео-химических и физико-механических факторов. Согласно современным представлениям выделяют два этапа – аккумуляция осадков и литификация его.
Накопление мелкозема – результат динамического взаимодействия двух главных рельефообразующих сил – тектонических движений земной коры и денудации. Относительно высокие подвижность земной коры и расчлененность рельефа в среднем плейстоцене не позволяли накапливаться мощным покровам мелкозема. Лессовые породы нижнего горизонта занимают незначительные площади по долинам рек, где мощность их покровов обычно достигает 10 м и более. К познечетвертичному времени возросла роль аккумуляции. Накопления рыхлого материала охватили значительные районы и привели к образованию плащеобразных покровов, которые спускаются до террасовых уровней высотой 10-12 м. Но постоянные положительные движения мощности верхнего яруса лессовых отложений редко достигают 10 м.
Общий характер накопления материала следующий: источник сноса, основные пути переноса, области сидементации – в значительной степени оставались без существенных изменений в каждом отрезке геологического времени. Диагенетические изменения осадков начинаются уже в период накопления. Поскольку мелкозем залегает с поверхности, он подвергается в первую очередь воздействию почвообразовательных процессов, которые с геологической т очки зрения рассматриваются как диагенетические, а почва – как первая стадия преобразования материала при литификации. Степень выраженности лессовых признаков и свойств у эолово-делювиальных, делювиальных, аллювиальных, озерно-аллювиальных и элювиальных образований проявляется по-разному, что определяется способом и условиями накопления осадков.
При оценке формирования лессовых пород, как любых глинистых пород (по В. А. Приклонскому), необходимо различать прогрессивное и регрессивное направление литификации, поэтому почвообразовательные процессы носят двойственный характер. В условиях осадконакопления они имеют диагенетическое значение при положительном развитии литификации. В областях денудации почвообразовательные процессы выражают регрессивное направление литификации, активно участвуя в образовании элювия.
В общем непрерывном процессе можно наметить несколько стадий. С первой раннего диагенеза (по Н.М. Страхову), связано оформление гранулометрического и менерального составов, заложение структурных связей. Оно протекает в степных и лесостепных зонах достаточно сухого климата и связано с развитием черноземных и луго-черноземных почв. Среди них преобладают карбонатные и солонцеватые разновидности с характерной нейтральной и слабощелочной средой (pH=7,0-7,3). В результате действия биогенных процессов происходит изменение дисперсности насосов за счет склеивания терригенных частиц при дегидратации почвенными коллоидами и цементацией слоями.
Осадконакопление лессовых пород протекало в условиях сухого, холодного климата ледниковых эпох, преобладали склоновый и русловый смыв. Главными диагенетическими процессами являются биохимические процессы при почвообразовании на ранней стадии, физико-химические и физико-механические на поздней стадии диагенеза. Единообразие протекающих изменений создает общность состава, структуры и свойств пород. Степень выраженности лессовых признаков связана со способом и условиями накопления осадков. Свойства лессовидных суглинков в меньшей мере зависят от состава, а в большей – от состояния и прочности структурных связей.
Физические и водные свойства.
Физические и водные свойства лессовых пород тесно связаны с их происхождением, составом и структурой во всех рассматриваемых регионах. Пределы изменения плотности составляют чаще 2,70-2,73 г/см3 (с колебаниями от 2,64 до 2,84 г/см3), при чем более высокие значения отмечены в районе Иркутского амфитеатра ввиду отсутствия там примесей, снижающих величину плотности. Плотность сухого грунта в нижнем горизонте на 0,1-0,3 г/см3 выше, чем в верхнем. Верхнеплейстоценовые лессовые породы характеризуются пористостью 0,41-0,48 (Кузнецкая котловина), 0,41-0,53 (Горьковское Поволжье), 0,45-0,55 (Иркутский амфитеатр). Элювиальные и Элювиально-делювиальные образования имеют пористость в пределах 0,42-0,53. Отложения нижнего горизонта отличаются более низкой пористостью, что обусловлено особенностями их формирования. Пластичность определяется влиянием отдельных факторов. На нее существенное влияние оказывает минеральный состав глинистой фракции. Элювиально-делювиальные разности гидрослюдистого состава имеют число пластичности до 0,10-0,12, а гидрослюдисто-монтмориллонитового – 0,12-0,14 и выше. Консистенция лессовых образований преимущественно твердая, а на участках с повышенным увлажнением – пластичная. Набухание для лессовых разностей не является характерным. Исключение составляют суглинки, содержащие монтмориллониты, которые обладают слабой набухаемостью. В целом при природной влажности преобладают слабо- и среднесжимаемые породы, а при насыщении водой – сильносжимаемые. В водонасыщенном состоянии величина коэффициента увеличивается для делювиальных пород на 0,08 1/МПА, аллювиальных – на 0,11 1/МПА, элювиальных – на 0,13 1/МПА. Следует отметить, что при значениях W до 0,13-0,15 лессовые породы сжимаются слабо, а при превышении указанных величин уплотнение их резко возрастает. Отложения одних и тех же генетических типов характеризуются одинаковыми особенностями сжимаемости и идентичным влиянием различных факторов на сжимаемость как в качественном, так и в количественном отношении. Прочностные свойства лессовых пород для одновозрастных горизонтов и генетических типов характеризуются значительным сходством. В связи с этим в районе Иркутского амфитеатра наблюдается некоторое снижение сопротивления сдвигу в отложениях верхней части разреза и на участках с повышенным увлажнением.
Анализ факторов влияющих на просадочность.
Факторы, оказывающие влияние на просадочность, можно свести в несколько групп:
· геологические,
· гидрогеологические,
· литологопетрографические,
· физические свойства.
Существенное влияние на просадочность оказывают процессы деградации, их направленность и интенсивность. Они приводят к частичному или полному исчезновения просадочных свойств. Наиболее интенсивно деградация проявляется на участках с повышенной инфильтрацией атмосферных осадков и техногенных вод, а также на подтапливаемых территориях.
Данные процессы протекают стадийно и могут накладываться друг на друга, имеют четкую зональность в пространстве. Причем изменяется не только просадочность, но и многие показатели состава, физико-механических свойств, т. е. отмечается комплексное изменение основных особенностей породы как таковой.
Изменение состава и относительной просадочности при деградации
| Стадиядеградации | Изменение гранулометрического состава | Изменение минералогического состава | Изменение структуры | Изменение относительной просадочности |
| Ранняя | Незначительное | незначительное | незначительное | Уменьшение на 0,01-0,02 |
| Средняя | Частичное разрушение водонеустойчивых агрегатов, увеличение содержания глинистой фракции | Частичное выщелачивание карбонатов, процессы частичной миграции монтмориллолита, частичное разрушение гидрослюды и каолинита | Частичное нарушение структурных связей | Достигает значений не более 0,01-0,02 |
| Завершающая | Значительное разрушение водонеустойчивых агрегатов, значительное увеличение глинистой фракции | Полное выщелачивание карбонатов миграция монтмориллолита, существенный переход гидрослюды и каолинита в другие глинистые минералы | Значительное нарушение структурных связей; частичное формирование новых структур | <0,01 |
Литолого-петрографические факторы оказывают определенное влияние на просадочнось. В частности, имеют значение тип и содержание агрегатов, особенно их водопрочность. Лессовые породы являются не просадочными при содержании водопрочных агрегатов более20%. Агрегативные структуры типичны для непросадочных лессовых пород. Это связано с наличием достаточно прочных преимущественно кристаллизационных и водонерастворимых структурных связей. (см. таблицу ниже)