Инженерно геологическая характеристика региона

Геологическое строение региона отличается значительной контрастностью и неоднородностью. В пределах его территории характерно чередование крупных и мелких участков с простыми пологими складками слабо измененных пород с участками распространения интенсивно смятых, рассланцованных и сильнометаморфизованных пород. В тектоническом отношении Алтайский регион отчетливо подразделяется на каледонский, раннегерцинский, позднегерцинский и альпийский геолого-структурные этажи.

Характерная особенность пород каледонского геолого-структурного
этажа — их смятие до плойчатости и метаморфизм до стадии крис-
таллических сланцев. Отложения раннегерцинского геолого-струк-
турного этажа в антиклинорных структурах в основном осадочно-вул-
каногенные. Синклинории сложены преимущественно терригенными
образованиями. Отложения позднегерцинского геолого-структурного
этажа представлены эффузивными и осадочными породами и сохрани-
лись лишь в пределах отдельных грабенообразных синклиналей. Аль-
пийские депрессии (Лениногорская, Нарымская и другие) выполнены
кайнозойскими рыхлообломочными образованиями, имеющими преиму-
щественно горизонтальное залегание.

Каледонский геолого-структурный этаж.

Этаж сложен отложениями метаморфическом формации (средний кембрий, а в пределах антиклинальных структур и ордовик) и верхне-терригенной формации (силур).

Метаморфическая формация по типу и степени метаморфизма пород подразделяется на два геолого-генетических комплекса — кристаллических сланцев и зеленосланцевый.

Комплекс кристаллических сланцев распространен преимущественно в пределах Курчумской горст-антиклинали Южного Алтая и сформирован под воздействием процессов регионального метаморфизма среднекембрийских вулканогенно-осадочных образований. Отложения комплекса обычно в значительной степени рассланцованы и разбиты в обнажениях сетью трещин различного генезиса. Они характеризуются сравнительно высокими прочностными свойствами. Для массивных и менее выветрелых разностей амфиболитов района Бухтарминской ГЭС временное сопротивление сжатию достигает 1100-10 Па.

Отложения зеленосланцевого комплекса и первичном виде представляли собой песчано-глинистые образования, измененные позже при формировании зон динамометаморфизма. Они вскрываются редкими обнажениями в пределах антиклинальных структур Рудного Алтая. Текстура их сланцеватая, полосчатая, с поверхности они интенсивно разбиты трещинами различного генезиса, что в значительной степени снижает их прочностные свойства. По данным испытаний физико-механических свойств кристаллических мраморизованных известняков района Шемонаихи установлено, что даже монолитные их разности имеют предел прочности при сжатии порядка 620*10 – 890*10 Па при объемной массе 2,7 г/см3. Известняки массивной структуры, белой и светло-серой окраски, слабовыветрелые с мощностью зоны выветривания не более 0,2 м, содержат до 54% СаО.

Отложения верхнетерригенной формации распространены преимущественно в пределах Южного Алтая (бассейны рек Кабы, Кара-Кабы, Мараленок, Байберды и пос. Каток-Карагай) и представлены переслаивающимися алевролитами, глинистыми сланцами, кварц-полевошпатовыми песчаниками с зернами различной крупности и глинистыми известняками.

Раннегерцинский геолого-структурный этаж

Отложения этажа имеют исключительно широкое распространение во всех основных структура региона. Они слагают следующие инженерно-геологические формации: карбонатно-терригенную (нижний девон), эффузивно-осадочную (средний девон) и терригенную (средним девон живетский ярус и нижний карбон, визейский ярус).

Отложения карбонатно-терригенной формации распространены в крайней северо-восточной части Южного Алтая. Прочностные свойства пород песчано-сланцевого комплекса находятся в прямой зависимости от степени их выветрелости. По относительно сохранным образцам глинистых сланцев получены значения временного сопротивления сжатию в среднем 1810*10 Па при экстремальных значениях 1375*10 — 2440*10 Па. Прочностные свойства выветрелых, трещиноватых глинистых сланцев в среднем составили Rсж= 255*10 Па при экстремальных значениях показателя от 245*10 до 510*10 Па. Объемная масса глинистых сланцев в том и другом случае 2,6 г/см3. Отложения карбонатного инженерно-геологического комплекса сравнительно хорошо выдержаны по простиранию и характеризуются относительно однородным литолого-петрографическим составом. Физико-механические свойства пород комплекса также весьма однообразные. Объемная масса известняков изменяется от 2,64 до 2,69 г/см3, составляя в среднем 2,47 г/см3. Временное сопротивление сжатию 180*10 – 550*10 Па (в среднем 372*10 Па). Известняки преимущественно серые, темно-серые, массивной и массивно-сланцевой текстуры.

Отложения эффузивно-осадочной формации весьма широко представлены в пределах почти всей территории региона.

Кварцевые альбитофиры (район г. Зыряновска) очень плотные, светло-серого до темно-серого цвета, массивной текстуры, порфировой структуры с содержанием кварца 60—70% и кислого плагиоклаза 2,5—0%. Характеризуются следующими показателями физико-механических свойств: объемная масса 2,61—2,97 г/см3, пористость 0—2,0%, водопоглощение 0,05—3,26, временное сопротивление сжатию в сухом состоянии 1014*10—3889*10 Па, в водонасыщенном состоянии 808*10—2840*10 Па. Средние значения временного сопротивления сжатию составляют соответственно 1930*10 и 1150*10 Па.

Кварцевые альбит-порфиры (район г. Лениногорска) серовато-коричневого цвета порфировой структуры, со скрытокристаллической основной массой, в обнажениях разбиты трещинами на неправильные угловатые отдельности. Мощность выветрелой зоны составляет от 0,2 до 5,0 м. Объемная масса 2.54—2,63 г/см3, плотность 2,64—2,71 г/см3, пористость 1.5—4,2%, водопоглощение 0,4—2,4. Временное сопротивление сжатию сухого образца 1155*10—2136*10 Па, водонасыщенного образца 1069*10—2130*10 Па.

Кварцевые порфиры (район пос. Каменевка) серого и темно-серого цвета, плотные. Порфировые выделения представлены кварцем и полевым шпатом. Объемная масса 2,81 г/см3, пористость 3,0%, временное сопротивление сжатию 1480*10 Па.

Рис.3 . Схематическая карта распространения отложений эффузивно-осадочной формации ( D 2) и палеогеографической обстановки условий их формирования:

1-лавы, 2-кварциты,3-песчаники 4-базальные конгломераты 5-глинистые известняки 6-известняки 7-алевролиты 8-равнина холмистая 9-шельфовая зона 10-вулканы 11-границы распространения отложений формаций 12- границы распространения палеогеографических областей

Диабазовые порфиры (район пос. Каменевка) макроскопически представлены зернистыми породами темно-зеленого цвета, порфировой структуры. Объемная масса 2.78 г/см3, пористость 2,10%, временное сопротивление сжатию 1055*10 Па.

Кварцевые альбитофиры (район г. Шемонаиха) от светло-серого до буровато-зеленого цвета, порфировой структуры. Объемная масса 2,44—2,61 г/см3, плотность 2,66—2,75 г/см3, пористость 1,13—11,20%, водопоглощение 0,1 —1,36, временное сопротивление сжатию 1050*10— 1432*10 Па. Породы в значительной степени микротрещиноваты.

Отложения терригенной формации распространены в районе междуречья Ульба—Бухтарма, по правобережью Бухтарминского водохранилища и в других участках. Физико-механические свойства пород терригенной формации находятся в тесной взаимосвязи с их литолого-петрографическим составом и условиями залегания. Некоторые показатели свойств известняков приведены в табл.

Породы	Пористость n, %	Временное сопротивление сжатию в водонасыщенном состоянииRсж, Па
Массивные известняки(D2)	0,4-0,8	700 10 - 1278 10
Слоистые известняки окремненные (C1 t2)	0,8-2,2	1170 10 -1640 10
Массивные известняки (C1 t2)		1000 10 - 1480 10
Известняки крупнозернистые мраморизованные(C1 v1)		1560 10

.

Известняки в местах их естественных обнажении часто закарстованы. Поверхность известняков покрыта каррами до нескольких метров в поперечнике и глубиной до 2 м. Некарбонатные породы на 78—80% состоят из тонкообломочного материала, представленного главным образом кварцем и полевым шпатом. Окатанность зерен хорошая. Заполнитель карбонатно-глинистый. В естественных обнажениях породы в значительной степени выветрелые. Мощность выветрелой зоны по величине удельного водопоглощения (>0,01 л/мин) достигает на склонах отдельных возвышенностей 10—50 м. Временное сопротивление сжатию выветрелых пород не превышает 400*10—600*10 Па (песчаник).

Интрузивная формация

В геологической истории региона магматические процессы играли весьма существенную роль. Интрузивная деятельность, многократно возобновлявшаяся на протяжении палеозоя, обусловила формирование многочисленных массивов интрузивных пород, различных по мощности, простиранию и петрографическому составу (рис.4 ).

Рис.4 Схематическая карта распространения пород интрузивной формации

1-образования позднекаледонского интрузивного комплекса 2- образования тельбесского интрузивного комплекса 3- образования змеиногорского интрузивного комплекса 4- образования кальбинского интрузивного комплекса 5- границы распространения пород различных интрузивного комплексов

Анализ материалов позволяет в настоящее время выделить в пределах региона ряд интрузивных комплексов, различающихся последовательностью их формирования.

Тельбесский (среднедевонский) интрузивный комплекс представлен гранодиоритами и гранитами светло-серого или розового цвета средне-зернистой до крупнозернистой структуры.

Змеиногорский интрузивный комплекс включает габброиды, слагающие самостоятельные небольшие интрузии, и разнообразные грани-тоиды. слагающие относительно крупные массивы.

Калбинский интрузивный комплекс представлен преимущественно биотитовыми, реже роговообманково-биотитовыми гранитами. В обнажениях породы имеют четкую матрацевидную, реже округлоглыбовую отдельность. Структура пород крупно-, реже среднезернистая.

Лениногорский интрузивный комплекс объединяет несколько инт-рузивных массивов, сложенных аляскитовыми лейкократовыми и двуслюдистыми гранитами и кварцевыми сиенитами.

Наиболее высокими прочностными свойствами и лучшей сохранностью среди пород интрузивной формации отличаются основные породы змениогорского интрузивного комплекса. Так, величина временного сопротивления сжатию габброидных пород после 25 циклов замораживания, по данным изысканий на площадках Усть-Каменогорской и Бухтарминской ГЭС, составляет в сухом состоянии 1090*10—1915*10 Па. В водонасыщенном состоянии показатели временного сопротивления сжатию снижаются в среднем на 30%. Величина коэффициента сдвига этих пород от 0,7 до 0,75. Временное сопротивление сжатию интенсивно выветрелых и малонитизированных пород составляет 263*10—240*10 Па. По результатам многочисленных опытных нагнетаний (Иртышский ГЭС) средняя величина удельного водопоглощення габбро составляет 0,08 л/мин при максимальных значениях, не превышающих 1,75 л/мин.

Альпийский геолого-структурный этаж

Этаж сформировался в результате частичной или полной переработки поверхности эпигерцинской платформы в течение мезозоя и кайнозоя, и представлен образованиями формации поверхностных отложений. В соответствии со схемой новейшей тектоники Восточного Казахстана в пределах Алтайского региона выделяются участки устойчивых интенсивных поднятии с суммарной амплитудой, достигающем более 3000 м, и участки относительных опускании с амплитудами порядка 500 м. Новейшие тектонические движения различного знака (поднятия и опускания) и различном степени интенсивности явились одним из решающих факторов формирования осадков формации поверхностных отложении, определяющих их условия залегания, мощность и вещественный состав. Отложения формации в пределах региона распространены локально и приурочены и преимущественно к долинам рек и депрессиям палеозойского фундамента; на остальной территории они перекрывают относительно маломощным прерывистым чехлом породы коренной основы и представлены широким комплексом литолого-генетических разностей пород от грубых валунно-галечных ледниковых и аллювиально-пролювиальных образований до тонкодисперсных озерных глин.

Геолого-генетический комплекс озерно-аллювиальных отложений палеоген-неоген-четвертичного возраста выделяется в пределах небольших по площади участков, приуроченных к депрессиям палеозойского фундамента, и слагает реликты древних аккумулятивных равнин.

В Южном Алтае отложения описываемого комплекса вскрываются на абсолютных отметках от 400 до 2400 м. Наиболее древние образования комплекса распространены в уроч. Карой и представлены пестроцветными каолиноподобными глинами палеогеновою возраста мощностью до 30—50 м. Более молодые, по-видимому, верхнеэоценовые осадки представлены валунно-галечно-песчаными образованиями и прослеживаются на абсолютных отметках 1200—1600 м вдоль северных окраин Зайсанской впадины.