Инженерно-геологические изыскания

4.1. Принципы выделения литосистемы
при инженерно-геологических исследованиях.
Обоснование признаков — оснований классификации

При инженерно-геологических работах решают задачу о разделении геологической среды на части, на геологические тела — геологические системы разных категорий. Эти части геологической среды — литосистемы находятся в отношениях субординации, определяемой принятой классификацией, т. е. образуют иерархическую систему. Крупные геологические тела (формации, субформации, генетические комплексы пород) представляют собой ассоциации горных пород различного минерального и гранулометрического состава и, следовательно, полипородные геологические тела. На некотором этапе последовательного разделения на части геологических тел — ассоциаций горных пород получают литосистемы, твердая фаза которых представлена одной горной породой, монопородные геологические тела. При дальнейшем более детальном расчленении геологической среды, проводимом в процессе крупномасштабной инженерно-геологической съемки и инженерно-геологической разведки, монопородные геологические тела разделяют на части, используя для этого соответствующие критерии. Таким образом, в крупных геологических телах — литосистемах высоких категорий твердая фаза их вещества представлена ассоциациями горных пород, а в небольших телах, отвечающих таксонам низких категорий, — одной горной породой. Расчленение геологической среды на части, соответствующие определенным таксономическим категориям, всегда реализует идею однородности, которая выражается в том, что выделяемые геологические тела различных категорий должны быть однородными в некотором отношении. Критерии однородности, как показано ниже, изменяются по мере перехода от геологических тел высоких категорий к телам низких категорий.

При разделении геологической среды на части, на геологические тела следует опираться на положение о том, что структура и свойства геологической системы отражают и наследуют структуру поля геологического процесса, обусловливающего ее формирование. Однородность тектонического режима и физико-географической обстановки является условием формирования достаточно строго регламентированного комплекса горных пород, который характеризует формацию. Горные породы, входящие в формацию, связаны парагенетическими отношениями. При выборе парагенетических отношений в качестве признака разделения геологической среды представляется возможным выделять геологические тела — литосистемы категории «формация».

Формация является парагенетически однородным геологическим телом лишь тогда, когда все принадлежащие к нему горные породы изменялись под влиянием одного и того же набора главнейших процессов, составляющих литогенез. Такими процессами следует считать прежде всего тектонические, определяемые режимом и интенсивностью движения геологической среды, и процессы ее взаимодействия с внешними средами, в основном с атмосферой и поверхностной гидросферой, единообразно проявляющиеся в пределах всей области образования формации. Если какая-либо часть формации претерпела литогенез, существенно отличающийся от литогенеза другой части, то парагенетически однородными (следующий уровень парагенеза) становятся и эти части, называемые субформациями. Для субформации парагенетические отношения составляющих ее горных пород обусловлены единством основного породообразующего процесса, имеющего региональный характер (процесса выветривания, диагенетического преобразования тонкодисперсных осадков в лёссовые породы, регионального метаморфизма и т. п.). Следовательно, парагенетические отношения можно положить в основу выделения геологических тел категории формация и субформация.

При дальнейшем расчленении геологической среды на литосистемы по вещественному составу следует выбрать более значимый критерий, чем парагенез пород. Таким критерием является общность происхождения горных пород, их генетическая связь. Она вытекает из единства процесса седиментации или единства более позднего процесса — диагенеза. Единство седиментогенеза терригенного материала в некоторой области геологической среды определяет одинаковый режим пространственной изменчивости ее свойств в пределах этой области и фиксированную генетическую ассоциацию твердых горных пород. Следовательно, использование генетического единства горных пород, составляющих геологическое тело, в качестве признака выделения этого тела позволяет выделить литосистемы, элементы которых находятся в генетических отношениях. В генетически однородной литосистеме геологические поля, отражающие первичные свойства литосистемы (сингенетические геологические поля), имеют единую структуру. Таким образом, генетическая однородность литосистемы предполагает ее структурную однородность.

Генетическая ассоциация пород формируется в едином основном процессе седиментации. Характеристики основного процесса (аллювиального, делювиального, эолового и т. п.), обусловливающие генетические отношения пород ассоциации, не остаются неизменными во времени. Режим процесса во времени, как правило, нестационарный с периодической компонентой. Такой характер режима находит отражение в структуре и свойствах генетически однородной литосистемы. Ее отдельные части, сформировавшиеся в разное время, являются более однородными, чем вся литосистема в целом, как в отношении комплексов пород, так и в отношении структуры полей геологических параметров. Например, по мере формирования речной долины, выработки профиля ее равновесия режим аллювиального процесса изменяется во времени, изменяется соотношение донной и боковой эрозии и их интенсивность. Вследствие этого более молодые аллювиальные отложения, как правило, более дисперсны, лучше отсортированы, т. е. более однородны, чем более древние. Это обстоятельство учитывается возрастным признаком, используемым при выделении литосистем. Один и тот же возраст горных пород литосистемы предполагает наличие более тесных генетических связей между ними, более узкий их спектр и большую однородность структуры их сингенетических полей геологических параметров (например, полей гранулометрического состава). Следовательно, выделенная на основании возрастного признака из генетически однородной литосистемы ее часть — подсистема характеризуется генетической и возрастной однородностью. Геологическое тело, твердая фаза вещества которого представлена одновозрастными и генетически тесно связанными горными породами, в большинстве случаев представляет собой самую низкую категорию полипородных геологических систем, ассоциаций горных пород. При дальнейшем расчленении литосистем получают монопородные геологические тела, в которых твердая фаза имеет один и тот же минеральный состав (представлена одной горной породой). Монопородные геологические тела формируются под влиянием некоторого подпроцесса основного процесса седиментации (например, руслового процесса, входящего в аллювиальный). Поскольку только в редких случаях представляется возможным выделить подпроцесс основного процесса, то при расчленении геологической среды на монопородные геологические тела в качестве делящего признака следует использовать минеральный состав пород. Границы литосистемы, выделенной по этому признаку, устанавливают по смене минерального состава. Выделением монопородных геологических тел обычно завершается разделение геологической среды на части, проводимое в общегеологических целях.

Разделение геологической среды на геологические тела при проведении инженерно-геологических работ должно отвечать целям строительного проектирования или проектирования мероприятий по защите геологической среды. Эти цели требуют выделения таких частей геологической среды, которые было бы можно считать однородными в отношении показателей свойств, используемых для расчетов. Рассмотренные выше признаки разделения геологической среды (парагенетический, генетический, возрастной, петрографический) не обеспечивают выделение литосистем, однородных по физико-механическим свойствам. Вследствие этого при расчленении геологической среды с инженерно-геологическими целями приходится продолжать процедуру выделения литосистем. Для дальнейшей детализации расчленения геологической среды — разделения на части уже монопородных геологических тел инженерная геология использует свои специальные методы и свои критерии, которые будут рассмотрены ниже. Такова в общих чертах схема выделения геологических тел — литосистем по вещественному фактору, содержащая обоснование набора и по­следовательности использования признаков (табл. 4.1). Эта схема обеспечивает последовательное расчленение геологической среды на части, имеющие таксономическую определенность. К ней в наибольшей степени приближается известная схема инженерно-геологической классификации пород на картах, предложенная И. В. Поповым. Схема предусматривает по­следовательное вычленение (по мере возрастания детальности исследований) все более мелких объектов по геолого-генетическим признакам. Набор и характер требований, которым должны удовлетворять выделяемые на картах геологические тела — литосистемы, изменяется по мере детализации расчленения геологической среды — перехода от более крупных геологических тел (отвечающих таксономическим единицам высоких категорий) к более мелким геологическим телам (соответствующим единицам низких категорий). Так, породы, относимые к одному геолого-генетическому комплексу, должны иметь одинаковый генезис; породы одного петрографического типа наряду с общими возрастом и происхождением (в смысле общности главного породообразующего фактора) должны обладать также одинаковыми минеральным составом, структурой и текстурой; породы одного инженерно-геологического (строительного) вида должны удовлетворять всем перечисленным требованиям, к которым добавляется требование близости инженерно-геологических свойств.

Таблица 4.1. Характер однородности литосистем разных таксономических уровней

Схема инженерно-геологической классификации пород (точнее — геологических тел) на картах, несмотря на некоторые ее недочеты, широко использовалась для выделения геологических тел на инженерно-геологических картах и разрезах.

Опираясь на представления теории петролитогенеза и положения теории изменчивости геологических параметров, а также на современные разработки проблемы формирования свойств геологической среды в процессе литогенеза, можно утверждать, что последовательное выделение все меньших по объему геологических тел по всесторонне геологически обоснованным и правильно ранжированным признакам объективно приводит к тому, что выделяемые геологические тела становятся все более и более однородными в инженерно-геологическом отношении, в том числе и по свойствам. Геологическое обоснование набора признаков и правильное их ранжирование предусматривают установление такой последовательности применения признаков разделения геологической среды, которая обеспечивает:

· выделение на каждом уровне однородных по признаку-основанию геологических тел;

· выполнение условия, в соответствии с которым однородность каждого последующего уровня разделения геологической среды находится в отношении включения в однородность предыдущего уровня.

Например, парагенетическая однородность горных пород (уровень формации и субформации) включает генетическую однородность (уровень генетического типа и стратиграфо-генетического комплекса). Генетическая и возрастная однородность (уровень стратиграфо-генетического комплекса) включает парагенетическую однородность минералов (уровень МГТ-1).

Из табл. 4.1 видно, что генетические признаки применяются для выделения геологических тел, являющихся ассоциациями разных пород (полипородных геологических тел). Генезис в данном случае понимается в широком аспекте: для пород, относящихся к одной формации, — в смысле единства структурно-тектонической обстановки и периода времени формирования; для субформаций — в смысле единства основного породообразующего процесса регионального плана; для геолого-генетического комплекса пород тождественность генезиса означает единство процесса седиментогенеза.

Для разделения монопородных геологических тел используют грунтоведческие признаки — свойства пород.

4.2. Классификация геологических тел
при инженерно-геологических исследованиях

При разработке любой классификации, в том числе и классификации геологических тел, следует выполнить по крайней мере три условия.

1. Научно обосновать минимально необходимый и достаточный набор признаков-оснований. Правильно установить последовательность применения признаков (правильно их ранжировать).

2. Точно и недвусмысленно определить понятия таксономических единиц (формально задать множество объектов каждого уровня иерархии).

3. Построить критерии, допускающие экспериментальную проверку правильности отнесения объекта (в нашем случае — геологического тела) к соответствующей таксономической единице.

Первое условие, касающееся обоснования набора признаков-оснований классификации и их ранжирования, рассмотрено в предыдущем параграфе. Остается, следовательно, выполнить второе и третье условия — обосновать понятия таксономических единиц и построить критерии, позволяющие сделать объективной процедуру классифицирования геологических тел. Более или менее строгие качественные и количественные критерии, контролирующие правильность отнесения геологического тела к тому или иному таксономическому уровню, можно разработать только для монопородных геологических тел. Парагенетический, генетический и возрастной признаки выделения геологических тел не формализованы и не являются прямыми признаками, из которых непосредственно могут быть выведены требуемые критерии. Критерии должны обеспечивать экспериментальную проверку правильности классифицирования. Такие критерии можно обосновать на базе концепций теории пространственной изменчивости геологических параметров. Возможность использования положений теории изменчивости для разработки критериев вытекает из ее второй аксиомы. Она содержит утверждение о том, что структура полей геологических параметров наследует и отражает структуру поля геологического процесса (см. параграф 2.4). Последнее следует рассматривать как поле «равнодействующей» физических полей динамической системы, которая обусловила транспортировку исходного материала, седиментацию осадка (кристаллизацию магматического расплава) и по­следующее формирование структуры и свойств геологической среды в процессе лито-, петро- и аквагенеза, а также других геологических процессов. Структуру полей геологических параметров и ее характеристики можно получить, обрабатывая экспериментальные данные о свойствах геологической среды. Связь структур полей геологических параметров с процессами формирования геологической среды является исходной позицией, основываясь на которой можно разработать критерии, контролирующие правильность отнесения геологического тела к соответствующей таксономической единице классификации.

Рассмотрение таксономических единиц классификации начнем с литосистемы категории «формация», являющейся наиболее крупным геологическим телом, выделяемым по вещественному фактору.

Один и тот же термин «формация», к сожалению, используют для обозначения объекта как системы признаков (объект в пространстве признаков) и обозначения объекта в геологическом и признаковом пространстве — геологического тела. Определение формации как парагенетической ассоциации горных пород формально выделяет объект в признаковом пространстве, хотя чаще всего имеется в виду объект в геологическом пространстве. Если рассматривать формацию как геологическое тело, как объект в геологическом и признаковом пространствах, то нужно определить ее иначе.

Формация — геологическое тело — состоит из конечного числа меньших по объему геологических тел. Ее можно разделить, например, на геологические тела, отвечающие категории субформации, или на более мелкие тела — генетические типы. Разделение формации как геологического тела может быть доведено до уровня монопородных геологических тел. Эти геологические тела, являющиеся частями формации, находятся в парагенетических отношениях.

Таким образом, формация как геологическое тело представляет собой литосистему, элементами которой являются монопородные геологические тела, связанные парагенетическими отношениями. Для всех монопородных геологических тел, составляющих формацию, главные направления изменчивости должны зависеть от положения центра тяжести области, занимаемой монопородным геологическим телом, по отношению к границам геоструктурной единицы (платформы, краевого прогиба, геосинклинали) или по отношению к расположенным внутри нее тектонически наиболее активным участкам. Главные направления изменчивости сингенетических полей всех монопородных геологических тел, входящих в формацию, должны вместе составлять единую пространственную схему, отвечающую структурно-тектоническому плану территории, в пределах которой происходило образование формации. В то же время структурно-тектонический план отражает пространственное размещение эндо- и экзогенных геологических процессов, обусловивших становление формации. Если главные направления изменчивости полей монопородного геологического тела вписываются в генеральную схему главных направлений, то это может служить основанием для отнесения изучаемого монопородного геологического тела к соответствующей формации.

Соответствие главных направлений изменчивости полей геологических параметров первичным составу и свойствам схемы главных направлений изменчивости формации является необходимым, но не достаточным признаком для отнесения исследуемого геологического тела к формации. Нужны другие, более значимые критерии. Их можно сконструировать, опираясь на следующие положения. Из определения формации следует, что как геологическое тело она образуется в пределах области, характеризующейся определенным тектоническим режимом и физико-географической обстановкой. Следовательно, в пределах этой области режим эндогенных и экзогенных геологических процессов, формирующих ее минеральное вещество, один и тот же. Например, положительные и отрицательные колебательные движения некоторого участка земной коры должны соответствовать режиму денудационных и аккумулятивных процессов. Режим процессов, естественно, следует рассматривать в масштабе времени, соизмеримом с периодом образования формаций. Из единства режима эндо- и экзогенных геологических процессов вытекает сходство с ним временного режима поля литогенеза внутри области образования формации как геологического тела. Сходство режима поля литогенеза обусловливает подобие структуры (в том числе статистической) вертикальных сечений сингенетических полей геологических параметров всех геологических тел более низких категорий, составляющих формацию. Следствием этого является подобие рассчитанных по направлению ξ3 автокорреляционных функций геологических параметров, отражающих первичные свойства геологической среды. Автокорреляционная функция, характеризующая статистическую структуру геологического поля, обладает двумя замечательными для геологов свойствами. Первое заключается в том, что она весьма чувствительна к процессу литогенеза. Анализ коррелограммы сингенетического поля геологического параметра по мощности (ξ3) позволяет установить режим процесса седиментации минерального вещества во времени. Например, стабильному во времени процессу отложения минерального материала в водной среде, происходящему в условиях постепенного прогибания некоторого участка земной коры, отвечает монотонная автокорреляционная функция, медленно приближающаяся к абсциссе, с большим радиусом корреляции без значимой периодичности. Нестационарные во времени положительные или отрицательные движения территории, на фоне которых проявляются колебательные движения области осадконакопления, неизбежно отразятся на типе автокорреляционной функции. Она будет иметь значимую периодичность, а ее частотные характеристики будут отвечать временным характеристикам тектонических колебаний.

Вторым великолепным свойством автокорреляционной функции является ее инерционность, слабая изменчивость во времени. В процессе литогенеза состав и свойства геологической среды могут изменяться, а следовательно, изменяется структура полей их геологических параметров [3]. Статистическая структура поля при повышении или снижении его фона и даже при трансформации сохраняется неизменной. Рассмотренные свойства автокорреляционной функции позволяют использовать ее для проверки правильности отнесения геологического тела к исследуемой формации.

Следовательно, можно утверждать, что критерием, контролирующим отнесение той или иной части геологической среды, того или иного геологического тела к формации, является сходство статистической структуры вертикальных сечений его сингенетических полей со статистической структурой тех же сечений аналогичных полей других геологических тел, входящих в эту формацию. Сходство устанавливается путем сравнительного анализа автокорреляционных функций по мощности (ξ3).

Таким образом, отнесение разных геологических тел к одной формации должно контролироваться: одной и той же генеральной схемой главных направлений изменчивости, отражающей структурно-тектонический план территории распространения формации; взаимосвязью реализаций показателей состава и свойств по мощности, обусловленной единым временным режимом геологических процессов; подобием автокорреляционных функций геологических параметров первичных свойств геологической среды по мощности (ξ3). Подобие автокорреляционных функций должно проявляться: в типе автокорреляционной функции (монотонно убывающий, авторегрессионный, квазипериодический); в их частотных характеристиках (число значимых периодов и отношение их длины); в одинаковых соотношениях мощностей геологических тел с длиной периодов и радиусами корреляции.

Завершая обсуждение формации как геологической системы, имеющей фиксированный таксономический ранг, можно предложить для нее следующую формулировку. Формация — это полипородное геологическое тело: 1) объединяющее парагенетически связанные геологические тела более низких категорий, сформировавшиеся в определенной тектонической и климатической обстановке; 2) характеризующееся единой генеральной схемой главных направлений изменчивости, отражающей структурно-тектонический план области его распространения; 3) обладающее взаимосвязью вертикальных сечений сингенетических полей геологических параметров и подобием их статистической структуры (подобием автокорреляционных функций).

Формация разделяется на части — субформации. Субформация — это геологическое тело, включающее набор генетических комплексов пород, на образование которых существенное влияние оказывал один и тот же процесс регионального характера (например, оледенение, облёссование). В ходе геологической истории разные части одной формации могут, как указывает И. В. Попов, пережить различный по характеру или по степени эпигенез. Эти части он называет субэпиформациями. В пределах области, занимаемой геологическими телами, принадлежащими к одной субформации, действует некоторый процесс, оказывающий решающее воздействие на транспортировку и седиментацию материала или последующий литогенез. Вследствие этого для субформации можно составить единую схему главных направлений изменчивости. Такие схемы приведены в работе Г. К. Бондарика и др. для лёссовых пород [2]. Эпигенетический процесс, определяющий формирование свойств геологической среды в пределах субформации, например процесс метаморфизма пород, отражается в структуре эпигенетических полей геологических параметров. Она должна обнаруживать черты сходства. Сходство выявляется при анализе автокорреляционных функций эпигенетических геологических полей по ξ3. Как геологическая система, обладающая таксономической определенностью, субформация — полипородное геологическое тело, все части которого в ходе геологической истории испытали воздействие одних и тех же геологических процессов и, следовательно, парагенетически связаны; структуры вертикальных сечений эпигенетических полей обладают сходством, проявляющимся в подобии их статистической структуры по мощности (ξ3).

Генетический комплекс дочетвертичных пород или генетический тип четвертичных отложений формируется под влиянием некоторого парагенезиса процессов, из которых один является основным породообразующим (аллювиальный, делювиальный и т. п.). Этот процесс в наибольшей степени отражается в структуре полей геологических параметров.

Основываясь на положениях теории изменчивости геологических параметров, можно утверждать, что для всего комплекса геологических тел, образовавшегося под влиянием какого-либо одного процесса, при наличии одних и тех же породообразующих факторов, одинаковом их размещении в пространстве и едином механизме взаимодействия главные направления изменчивости их свойств будут сохраняться едиными. Единство, т. е. сохранение тех же самых, приуроченных к одной области питания, направлений изменчивости геологических параметров пород свидетельствует об их принадлежности к одному генетическому ряду или близким генетическим рядам (например, аллювий и пролювий).

Теоретические предпосылки, подтвержденные экспериментальными исследованиями, показывают, что геологические тела, принадлежащие к одному генетическому комплексу (или генетическому типу четвертичных отложений), будут обладать единой структурой геологических полей первичных состава и свойств (сингенетических полей геологических параметров).

В большинстве случаев на практике геолог лишен возможности проверить единство структуры геологических полей, поэтому для выделения при инженерно-геологическом картировании геологического тела в ранге генетического комплекса можно рекомендовать критерий неизменности режима пространственной изменчивости в главном направлении. Неизменность режима изменчивости геологических параметров в главном направлении свидетельствует об одинаковом происхождении пород. Так, с одной стороны, если установлен единый режим изменчивости свойств пород в главных направлениях, то есть основания утверждать, что породы, для которых это условие справедливо, генетически едины. С другой стороны, породы одного генезиса могут иметь различные, хотя и похожие, функции изменчивости в главных направлениях (различия в фоне, длине квазипериодов изменчивости, размахе колебаний свойств и т. п.). Суммируя высказанные соображения, попытаемся сформулировать понятие, которое обозначается термином «генетический комплекс», представив его в следующем виде. Генетический комплекс — полипородное геологическое тело, объединяющее генетически связанные геологические тела, сформировавшиеся в одинаковой физико-географической обстановке и обладающие одинаковыми режимами изменчивости по сечению всего тела в главном направлении.

Предложенные критерии — единство главных направлений и неизменность режимов изменчивости — дают возможность контролировать правильность классифицирования геологических тел (литосистем) на уровне генетических комплексов. Для этого достаточно построить функции изменчивости показателя свойств по главному направлению и убедиться, что режим изменчивости один и тот же.

Генетические комплексы или генетические типы четвертичных отложений следует разделять на части, используя в качестве признака расчленения возраст геологических тел. Выше отмечалось, что режим основного процесса, формирующего генетический комплекс, является нестационарным, его характеристики во времени изменяются. Вследствие этого отдельные части генетического комплекса, сформировавшиеся в разное время, могут существенно отличаться друг от друга. Эти части получили название стратиграфо-генетических комплексов (СГК). Стратиграфо-генетический комплекс — полипородное геологическое тело, состоящее из одновозрастных монопородных геологических тел первого уровня, связанных между собой генетически. Главные сечения полей их геологических параметров имеют единую структуру, а вертикальные одномерные сечения полей этих параметров — подобную статистическую структуру. Стратиграфо-генетические комплексы четвертичных отложений обычно уверенно расчленяются на основании анализа геологических данных. В сомнительных случаях геологический анализ можно подкрепить сравнительным анализом автокорреляционных функций вертикальных сечений полей геологических параметров.

Следующей категорией геологических тел является уже монопородное геологическое тело первого уровня (МГТ-1). Оно является частью стратиграфо-генетического комплекса. Критерии выделения МГТ-1 можно установить, опираясь на положения теории пространственной изменчивости геологических параметров. К предъявляемым к стратиграфо-генетическому комплексу требованиям единства главных направлений и неизменности режимов изменчивости при выделении монопородных геологических тел первого уровня нужно добавить следующие: 1) однородность полей минерального состава, устанавливаемую на основании визуальных оценок; 2) единство режима изменчивости и отсутствие разрывов непрерывности тех показателей свойств, которые связаны с минеральным составом; 3) однородность полей мер рассеяния этих показателей свойств, понимаемую как сохранение определенного уровня колебаний показателей свойств около функции, описывающей среднее значение (около математического ожидания).

Таким образом, монопородное геологическое тело первого уровня определяется как геологическое тело, имеющее один минеральный состав, в пределах которого показатели свойств, связанные с минеральным составом, имеют единый режим изменчивости и не испытывают разрывов непрерывности внутри границ; поля мер рассеяния этих показателей однородны. МГТ-1 можно охарактеризовать, указывая диапазон изменения (размах) геологических параметров, которые испытывают разрыв непрерывности на границе тела (например, число пластичности или предел раскатывания для глинистых пород). Для описания свойств МГТ-1 можно использовать также характеристики поля тех же геологических параметров или каких-либо комплексных показателей-дискриминаторов [3], характеризующих свойства (динамическое или статическое сопротивление пенетрации, кажущееся электрическое сопротивление и т. п.).

Подразделяются МГТ-1 на монопородные геологические тела второго уровня (МГТ-2). Основные требования, предъявляемые к МГТ-2, касаются ограничений, накладываемых на их свойства. Свойства МГТ-2 должны быть настолько близкими, чтобы для него возможно было при расчетах использовать: 1) одинаковые формулы с одними параметрами; 2) оценки средних значений классификационных показателей.

Учитывая последующее расчленение МГТ-2, в основу которого положено состояние пород, следует ограничить набор показателей свойств, используемых для разбиения МГТ-1 на геологические тела категории МГТ-2. Из этого набора целесообразно исключить показатели состояния пород и показатели прочности и сжимаемости, за исключением тех комплексных показателей, которые дают относительную характеристику прочности и деформационного поведения пород и могут рассматриваться как стандартные1. Таким образом, набор показателей свойств, по которым выделяют МГТ-2, включает классификационные и комплексные показатели, получаемые в процессе полевых работ простейшими методами (зондирование, микропенетрация, одноосное сжатие и др.). Эффективность использования классификации геологических тел для целей проектирования сооружений и осуществления мероприятий по рациональному использованию геологической среды обеспечивается ее увязкой с классификациями горных пород, применяемыми в грунтоведении и нашедшими отражение в строительных нормах и правилах. Увязка классификации геологических тел с классификациями СНиП обеспечивается их пересечением на таксономическом уровне, который устанавливается по одинаковым признакам-основаниям. Она может касаться только таксономических единиц низших категорий (МГТ-2 и МГТ-3) и только в части классификационных показателей свойств. В настоящее время можно рекомендовать увязку классификации геологических тел с частными классификациями, которые использованы в нормативах для разделения грунтов на виды.

Для геологического тела категории МГТ-2 предусмотрено определение оценок средних значений показателей свойств. Их можно подсчитать при соблюдении следующих условий, рассматриваемых в качестве критериев расчленения МГТ-1 на МГТ-2.

1. Нахождение частных значений классификационных показателей внутри классификационных интервалов (за исключением отдельных нехарактерных значений, отбраковываемых при помощи критериев отбрасывания, в простейшем случае по правилу 3σ).

2. Однородность геологических полей классификационных показателей, означающая: а) постоянство среднего значения и дисперсии; б) зависимость корреляционной функции только от величины шага опробования и независимость от выбора начала координат.

Использование этих критериев позволяет единообразно выделять МГТ-2, которые по свойствам отвечают градации «вид пород», предусмотренной нормативами. Это дает возможность проектировщикам использовать инженерно-геологические карты и разрезы, на которых показаны МГТ-2 и приведены оценки средних значений их классификационных показателей, непосредственно для предварительных расчетов сооружений.

После установления критериев можно дать определение рассматриваемой таксономической единице. МГТ-2 — геологическое тело, включающее породу одного МГТ-1, частные значения классификационных показателей которой находятся внутри классификационных интервалов, а геологические поля этих показателей однородны.

Проверка однородности поля классификационного показателя осуществляется при опробовании пород. По нескольким взаимно перпендикулярным сечениям геологического тела, интерпретируемого как МГТ-2, на основании данных опробования составляют графики функции изменчивости классификационного показателя вида R = F(ξ) и σR= f(ξ), где R и σR — соответственно значения классификационного показателя и его стандартного отклонения. Затем анализируют графики и корреляционную функцию.

Геологические тела категории МГТ-2 разделяются на монопородные геологические тела третьего уровня (МГТ-3). Нормативными документами предусмотрен выбор нормативных значений прочностных и деформационных характеристик по классификационным показателям пород, определяющим отнесение геологического тела к конкретному МГТ-2, и по показателям их состояния. Выбор нормативных характеристик предполагает возможность определения средних значений показателей, характеризующих состояние пород2. Следовательно, к рассмотренным выше критериям, контролирующим выделение МГТ-2, нужно добавить аналогичные критерии, касающиеся показателей состояния пород (например, влажности для песчаных и глинистых пород, плотности для песчаных пород, консистенции для глинистых пород). Порода одного МГТ-2 может залегать в виде разобщенных в пространстве геологических тел, различающихся по состоянию. Вследствие этого при выделении монопородного геологического тела третьего уровня (МГТ-3) следует учитывать дополнительный критерий непрерывности геологического тела в пространстве.

Таким образом, монопородное геологическое тело третьего уровня можно определить как непрерывное в пространстве геологическое тело, включающее породу одного МГТ-2, находящуюся в одинаковом состоянии (поля показателей, характеризующих состояние, однородны).

Классификация геологических тел — литосистем, имеющих таксономическую определенность, помещена в табл. 4.2. В ней геологические тела размещены в иерархической последовательности (таксономические единицы низшей категории находятся в отношениях включения с единицами высшей категории); приведены определения таксономических единиц — геологических тел; помещены критерии, контролирующие правильность и единообразие классифицирования геологических тел; показан характер их границ; дана привязка единиц к группам масштабов; перечислены методы, используемые при выделении таксономических единиц.

Таблица 4.2. Схема разделения геологической среды на геологические тела —
литосистемы при проведении инженерно-геологических исследований
(классификация геологических тел)

Более простая модификация классификационной схемы помещена в табл. 4.3. Она содержит критерии однородности и признаки, которым должны удовлетворять геологические тела — литосистемы, выделяемые в качестве таксономических единиц при проведении инженерно-геологических исследований. Применение классификации:

Таблица 4.3. Критерии однородности и признаки таксономических единиц —
геологических тел, выделяемых при инженерно-геологических исследованиях

· обеспечивает научно обоснованное и единообразное последовательное расчленение геологической среды на геологические тела, отвечающие таксономическим единицам, и, следовательно, способствует унификации методики инженерно-геологических съемки и разведки и унификации инженерно-геологических карт и разрезов;

· обеспечивает увязку таксономических единиц, геологических тел — литосистем, низших категорий (МГТ-2 и МГТ-3) с таксономическими единицами классификаций пород, принятыми в грунтоведении и механике грунтов;

· делает возможным использование крупномасштабных, а в отдельных случаях и среднемасштабных инженерно-геологических карт проектными организациями непосредственно для выбора нормативных характеристик (по средним значениям классификационных показателей МГТ-2 и средним значениям показателей состояния МГТ-3).

---