Особенности формирования грунтов Белорусского Полесья

В инженерной геологии под грунтами понимают любые горные породы, почвы, осадки и антропогенные геологические образования, рассматриваемые как многокомпонентные дина­мические системы, исследуемые в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью человека [2]. Формирование грунтов Белорусского Полесья протекало под воздействием различных факторов и условий в процессе геологического развития этой территории.

Белорусское Полесье представляет собой слабовогнутую заболоченную низменность, ослож­ненную краевыми ледниковыми комплексами, эоловыми грядами и слабоврезанными речными долинами, протянувшуюся от Западного Буга на западе до Сожа на востоке. Границы области и геолого-геоморфологическое строение во многом определяются тектоническими структурами. Тектонические и неотектонические движения оказали влияние на особенности распростране­ния, динамику различных агентов осадконакопления и рельефообразования.

Осадочный чехол построен преимущественно породами девонской, меловой, палеогеновой, неогеновой и антропогеновой систем. Мощность отложений квартера изменяется от 0 до 50 м на юге, на западе и северо-западе от 80 до 120 м, достигая в отдельных районах 200 м.

После регрессии палеогеновых морей установился континентальный режим, существующий до настоящего времени. В неогене были заложены первые речные долины и получили рас­пространение обширные озерные водоемы. К началу антропогена Белорусское Полесье пред­ставляло плоскую заболоченную равнину. В антропогене территория неоднократно покрывалась материковыми оледенениями, которые в значительной степени преобразовали первичную по­верхность аккумулятивной и экзарационной деятельностью.

Припятское оледенение сыграло определяющую роль в литоморфогенезе современного По­лесья. Таяние ледника сопровождалось повсеместным образованием озерно-ледниковых водое­мов и зандровых равнин. В период остановок днепровского ледника формировались краевые на­сыпные и напорные образования с камами и озами, которые представлены главным образом в пределах Загородья и Мозырской возвышенности. Образовавшиеся понижения вдоль краевых ледниковых поднятий были унаследованы в последующем современными реками (Припять, Ясельда, Оресса, Пина и др.) и озерами (Червоное). Сожский ледниковый покров способствовал фомированию в северной и западной частях Полесья аккумулятивных краевых гряд и моренных равнин. Южнее осадконакопление происходило под воздействием талых ледниковых вод. Значи­тельные территории были заняты озерно-ледниковыми бассейнами. Основные пространства Бе­лорусского Полесья представляли перигляциальную зону, где накапливались солифлюкционные и термокарстовые отложения. Поозерский период характеризовался большой обводненностью территории, распространением холодных озерных водоемов. По мере сокращения притока та­лых вод площади озер быстро сокращались, оставляя плоские песчаные пространства с эоловы­ми образованиями и торфяниками. В межледниковья основными генетическими типами отложе­ний являлись озерные, озерно-болотные и аллювиальные гумусированные пески, глины и торф.

В голоцене оформилась гидрографическая сеть, интенсивно протекали процессы торфонакопления, почвооброзования, накопления делювиальных шлейфов, пролювия, коллювия, эоловых и озерных осадков. Кроме того, в последние столетия формируются техногенные грунты, как результат активной инженерно-хозяйственной деятельности человека.

Среди континентальных осадочных отложений на территории исследований, как и Беларуси в целом, выделяют следующие генетические типы (табл.).

Генетические типы континентальных осадочных отложений Беларуси

Элювиальные грунты представляют собой специфические образования, сформированные в результате выветривания горных пород на месте их первоначального залегания без заметных признаков смещения. Материальным выражением элювиальных образований являются коры выветривания, в состав которых входят и почвы [1]. По времени формирования на территории Белорусского Полесья различают древние и четвертичные элювиальные образования, имеющие разный гранулометрический состав, — от крупнообломочных до глинистых грунтов. Крупноо­бломочные грунты формируются под влиянием факторов физического выветривания и образу­ют скопления обломков горных пород на месте их разрушения — от крупных глыб до дресвы. Форма и размер обломков в основном зависят от структурно-текстурных особенностей выветри­вающихся пород. Элювиальные песчаные грунты характеризуются неоднородным грануломе­трическим составом, угловатой формой зерен, рыхлым их сложением и сильно выветрелой не­ровной поверхностью частиц, нередко покрытой железистой оболочкой. Элювиальные глинистые грунты образуются в результате накопления глинистых продуктов в коре выветривания. По гра­нулометрическому составу среди них встречаются разновидности от высокодисперсных глин до супесей с различным количеством грубообломочных включений. Среди кор выветривания, раз­витых на изверженных и метаморфизованных породах Беларуси (породы кристаллического фундамента) и попадающих в сферу инженерно-хозяйственной деятельности, можно отметить образования на участках Микашевичско-Житковичского выступа и северных склонов Украин­ского щита, заходящих на территорию Беларуси.

В соответствии с основными видами склоновой денудации, отличающимися по своей физи­ческой природе, различают пять генетических типов склоновых отложений: обвальные, осып­ные, оползневые, солифлюционные накопления и делювий.

Коллювиальные грунты можно объединить в гравитационную серию. Как правило, процесс образования обвальных отложений начинается с медленного расчленения относительно моно — литного массива горных пород на отдельные части разных размеров с последующим быстрым, почти мгновенным перемещением крупных блоков и мелких обломков, оторвавшихся от корен­ного субстрата, и накоплением обрушившихся масс на более низких гипсометричесхих уровнях. При этом более крупные обломки, обладающие большой живой силой, относятся дальше от ме­ста обрушения, чем мелкие. Подобную дифференциацию обломочного материала можно наблю — дать и в вертикальном разрезе, где с поверхности накапливается более крупный материал, а вни­зу более мелкий. Осыпные отложения представляют собой отдельные конусы осыпания или сомкнутые шлейфы, прислоненные к нижним частям склонов на значительном их протяжении с уклонами поверхности, близкими к углу естественного откоса. При проектировании и строи­тельстве сооружений использование участков, сложенных осыпными и обвальными грунтами, нежелательно.

Солифлюкционные отложения как грунты образуются в процессе вязкопластичного течения переувлажненного поверхностного слоя грунта вниз по склону. На территории Белорусского По — лесья солифлюкция проявлялась в основном в перигляциальные эпохи плейстоцена в условиях развития многолетней мерзлоты. В современных условиях солифлюкция развита слабо. Из-за малой мощности и неоднородного состава солифлюкционные грунты в качестве естественных оснований не используются.

Делювиальные грунты образуются в результате плоскостного смыва на склонах рыхлого ма­териала временным поверхностным стоком дождевых и талых вод. Они накапливаются на скло­нах возвышенностей, гряд, холмов, вплоть до их подошвы; нередко встречаются на бортовых частях речных долин, на поверхности террас и пойм, где они иногда перекрывают как древние, так и современные аллювиальные отложения или сочетаются с ними. Слагаются делювиальные аккумуляции обычно связными и рыхлыми разностями глинистого, пылеватого и песчаного ма­териала с беспорядочным включением слабо окатанных обломков разных размеров вплоть до грубых. Мощность делювиального плаща обычно не превышает 2,0-3,5 м (чаще до 1 м) и может значительно изменяться даже на коротких расстояниях. Для отложений обычно свойственна массивная макро- и микротекстура. Оценивая делювиальные грунты с инженерно-геологиче­ской точки зрения, следует иметь в виду их склонность к подвижкам оползневого характера. Поверхность скольжения может проходить как внутри делювиальной толщи, так и по контакту ее с подстилающей коренной породой. Развитию оползней способствует увлажнение делювиаль­ных масс подземными и поверхностными водами, а движению делювия — значительный угол наклона поверхности и глинистый состав пород.

Образования овражно-балочного пролювия (пролювиальные грунты) происходит за счет смыва с водораздельных склонов, размыва ложа стенок оврагов и балок, и последующего пере­носа и накопления взвешенных и влекомых наносов в оврагах, балках и в руслах временных во­дотоков. Отложения характеризуются обычно косой, часто крупной, пересекающейся, реже пря­молинейной или бессистемно разнонаправленной слоистостью, мощность слоев небольшая, в редких случаях может достигать 10-20 см и несколько более. Слойки относительно друг друга параллельны, углы наклона могут достигать 10-30° и больше [3]. Частые глинистые прослойки нередко подчеркивают своеобразие текстурного строения отложений. Мощность овражно-ба­лочного пролювия небольшая (1-2 м, редко более). Его строение, вещественный состав зависят от скорости роста оврагов и площади их водосбора. Оценивая пролювиальные и делювиаль­но-пролювиальные грунты как естественные основания, следует иметь в виду, что из-за неодно­родного состава и разной степени уплотнения они могут давать неравномерные осадки.

Субаэрально-фитогенные отложения относятся к связным грунтам. По инженерно-геологи­ческим особенностям они принципиально отличаются от минеральных и органоминеральных грунтов и обособлены в отдельный тип — связных органических грунтов. Для них характерны высокая пористость и влажность, чрезвычайно сильная сжимаемость и экстремальные значения других свойств [2]. По составу исходного растительного материала, условиям образования среди автохтонных торфов выделяют низинный, верховой и переходный типы. Со строительной точки зрения субаэрально-фитогенные отложения относятся к группе грунтов особого состояния и свойств, которые лишь ограниченно могут использоваться в качестве естественных оснований зданий и сооружений из-за низкой прочности и высокой сжимаемости. Использование торфяных грунтов в качестве оснований возможно для сооружений легких и малочувствительных к осад­кам сооружений.

Озерные отложения заполняют котловины, эрозионные углубления в долинах рек и на водо­раздельных пространствах, а также встречаются в виде линз и пластов в толщах межледнико­вых аккумуляций плейстоцена и континентальных палеоген-неогеновых отложений. Эти отло­жения имеют мощность 1-3 м, максимум — 41 м у д. Рудня Светлогорского района [3]. Из всего многообразия озерных отложений наиболее изучены и чаще используются в качестве грунтовых оснований самые молодые — верхнеплейстоценовые и голоценовые. Вещественный состав озер­ных толщ довольно разнообразен и изменяется от органогенных и хемогенных образований до песчано-галечных (минеральных) накоплений.

Аллювий (аллювиальные грунты) представляет собой сложный генетический тип отложе­ний, образующихся водными потоками разного гидрологического режима и мощности в различ­ных физико-географических обстановках. В то же время разные формы аллювия часто тесно связаны взаимными переходами, а их накопление подчинено близким закономерностям. В раз­резе аллювиальной толщи ведущие процессы аллювиальной седиментации проявляются в смене аллювиальных циклов, которым соответствуют литологические изменения, и определяются возрастом, историей развития, типами русел, водностью и другими особенностями генетического своеобразия руслового, пойменного и старичного аллювия. По гранулометрическому составу среди аллювиальных отложений выделяются крупнообломочные, песчаные и глинистые грун­ты. Строение аллювия речных долин благодаря непрерывной фациальной изменчивости как по вертикали, так и по простиранию отличается большой сложностью. Физические и физико-меха­нические свойства аллювиальных отложений зависят от их состава и состояния, что, в свою оче­редь, определяется фациальной принадлежностью осадков, глубиной залегания, ландшафтно­климатическими условиями времени образования аллювия. Аллювий современных пойменных террас характеризуется наибольшей изменчивостью показателей свойств пород и наиболее тес­ной их связью с фациальными различиями по сравнению с более древними аллювиальными от­ложениями, что вызвано начальной стадией формирования свойств в этих породах. Молодые осадки современных пойм отличаются повышенной активностью глинистых частиц, имеют наи­худшие показатели физико-механических свойств. Глинистые отложения в большинстве случа­ев полностью водонасыщенны. В ряду всех фаций аллювия от древних к молодым происходит диагенетическое преобразование органики, образование минералов гидрослюдистого ряда, кар­бонатов, что ведет к снижению характерных влажностей отложений, повышению их плотностей, снижению модулей осадки, повышению прочностных показателей [1].

Ледниковые (моренные грунты) отложения — продукт экзарационной и аккумулятивной дея­тельности ледников. Среди них в качестве самостоятельных генетических типов выделяют ос­новные (донные), абляционные и краевые морены.

Моренные образования чаще всего представлены связными грунтами — супесями и суглин­ками, реже глинами, различного цвета с многочисленными включениями гравийного, гравий­но-галечного и валунного материала. В моренных супесях и суглинках содержится до 40 % гра­вия, гальки и валунов различной степени окатанности, преимущественно из местных осадочных пород (известняки и доломиты); в меньших количествах обломки представлены изверженными и метаморфическими породами (граниты, диориты, габбро, гнейсы, кварциты, амфиболиты) скандинавского происхождения Доля обломочного материала из местных отложений в массивах моренных грунтов страны в среднем составляет 30-35 %, а объем обломков из изверженных и метаморфических пород достигает 6-12 %. Глинистые моренные грунты близки по своим свойствам, обладают низкой и средней сжимаемостью и могут служить вполне надежным осно — ванием и средой для различных инженерных сооружений. Главными осложняющими фактора­ми при освоении моренных глинистых грунтов являются неоднородность их состава, склон­ность к размоканию и пучению при промерзании. Последнее, довольно часто является причиной деформаций зданий и сооружений, построенных на этих грунтах.

Ледниковые пески залегают в виде прослоев и линз в толще моренных супесей и суглинков. По гранулометрическому составу они весьма различны; преобладают разнозернистые, плохо от­сортированные гравелистые и крупнозернистые разности, содержащие обычно валунный мате — риал, иногда в значительных количествах. Для ледниковых песков свойственна большая измен­чивость состава и свойств как в разрезе, так и по простиранию.

Лимногляциальные отложения входят в состав группы водно-ледниковых образований, кото­рые накопились в озерах, питавшихся талыми водами ледника. Практика строительства показы­вает, что озерно-ледниковые глины и суглинки со строительной точки зрения грунты слабые, в то время как песчано-супесчаные разности могут служить вполне удовлетворительным осно — ванием для большинства промышленных и гражданских зданий и сооружений.

Грунты флювиогляциального генезиса являются осадками турбулентных водных потоков та­лых ледниковых вод. В качестве генетических типов они включают внутриледниковые и приледниковые отложения.

В целом флювиогляциальные грунты обладают вполне удовлетворительными строительны­ми свойствами и могут служить надежным основанием и средой для различных инженерных сооружений любого класса ответственности.

Среди хемогенной группы отложений наиболее широко распространены и являются объек­тами инженерной деятельности человека тиховодные образования, которые представлены тремя генетическими типами — лагунными, западинно-шельфовыми и пелагическими.

Литература

1. Галкин А. Н., Матвеев А. В., Жогло В. Г. Инженерная геология Беларуси. Основные особенности простран­ственной изменчивости инженерно-геологических условий и история их формирования / А. Н. Галкин и др. — Витебск: УО «ВГУ им. П. М. Машерова». — 2006. — 208 с.
2. Грунтоведение / В. Т. Трофимов [и др.]; под ред. В. Т. Трофимова. 6-е изд., переработ. и доп. — М.: Изд-во МГУ. — 2005. — 1024 с.
3. Санько А. Ф., Ярцев В. И., Дубман А. В. Генетические типы и фации четвертичных отложений Беларуси / А. Ф. Санько [и др.]. — Мн. — 2012. — 311 с.

Авторы: А.Н. Галкин, А.И. Павловский, О.В. Шершнев
Источник: Проблемы рационального использования природных ресурсов и устойчивое развитие Полесья: сб. докл. Междунар. науч. конф. (Минск, 14-17 сент. 2016 г.). В 2 т. Т 1 / Нац. акад. наук Беларуси [и др.]; редкол.: В. Г. Гусаков (гл. ред.) [и др.]. — Минск: Беларуская навука, 2016. — С. 458-462.