Инженерно-геологические особенности грунтовой толщи в приокеаническом районе провинции Боке (Гвинейская Республика)

УДК 624.131.3

С.В. Кузин1

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ГРУНТОВОЙ ТОЛЩИ В ПРИОКЕАНИЧЕСКОМ РАЙОНЕ ПРОВИНЦИИ БОКЕ

Рассмотрены инженерно-геологические особенности пород, слагающих грунтовую толщу, которая сформировалась на ордовикских песчаниках свиты Пита в океанической прибрежной зоне Гвинейской Республики. В строении грунтовой толщи выделены зоны, охарактеризованы физические и физико-механические свойства каждой из них.

Ключевые слова: грунтовая толща, строение, современная латеритная кора выветривания, физические, физико-механические свойства грунтов, Гвинейская Республика.

The study of engineering-geological features of the rock that form different layers out of Ordovi-cian sandstone (Pete formation) in the coastal region of Guinea Republic. Several ground layers were distinguished; the characteristics of physical and mechanical properties are given for each of them.

Key words: soil mass, structure, modern lateritic weathering crusts, physical, mechanical properties of rock, the Republic of Guinea.

Введение. На территории Гвинейской Республики широко развиты коры выветривания, с которыми связаны крупнейшие в мире запасы бокситов. Многие зарубежные, советские и российские исследователи, изучавшие коры выветривания, описали их морфологические, геологические и геохимические особенности [Викторов, Сума, 1983; Сапожников и др., 1976; Скиба, 1979; Ярг, 1980], но сведения об их физических и физико-механических свойствах весьма скудны.

В статье обобщены результаты инженерно-геологических исследований, выполненных при выборе площадки порта и подхода к ней железнодорожного пути от месторождений группы Диан-Диан в провинции Боке в Гвинейской Республике сотрудниками института ОАО «Мосгипротранс» в 1991 и 2006 гг., в части которых автор принимал непосредственное участие.

Природные условия района. По первоначальному проекту площадка порта должна была находиться на полуострове, омываемом водами пролива Рио Компа-ни, эстуариями Тонкима и Бофа, изыскания на ней были выполнены в 1991 г. В 2006 г. для исследований была выбрана площадка в 25 км севернее, между эстуариями Кандиафара и Кассиосо (рис. 1).

В географическом отношении исследуемый район находится в пределах зоны мангрового побережья (площадка порта и несколько первых километров трассы) и приокеанической равнины (основная часть трассы подхода). Рельеф зоны мангрового побережья плоский, с абсолютными отметками 3—10 м, большая часть полуострова заболочена и покрыта мангровыми зарослями. Приокеаническая равнина имеет поло-гохолмистую, местами платообразную поверхность

(низкую поверхность выравнивания) в пределах абсолютных отметок 15—45 м. Большая часть территории покрыта лесами саванного типа или густым высоким кустарником, местами гарями.

В геологическом строении исследуемого района принимают участие ордовикские, силурийские осадочные отложения, мезозойские интрузии габбро-долеритов, среднеплейстоценовые и современные морские отложения, современные латеритные коры выветривания, четвертичные породы другого генезиса. Типичный геологический разрез представлен в колонке скважины № 8, пробуренной в 2006 г. на площадке порта (рис. 2).

Ордовикские терригенные отложения свиты Пита (Opt) выходят на поверхность в западной половине участка работ. Представлены они преимущественно кварцевыми песчаниками от грубозернистых до мелкозернистых, с прослоями алевролитов и гравелитов, которые обнажены в днище и на берегах эстуариев в приливно-отливной зоне, местами на низких поверхностях выравнивания. На остальной части территории они перекрыты четвертичными морскими, элювиально-делювиальными отложениями и лате-ритными корами выветривания.

Силурийские отложения свиты Телемеле (Stl), представленные тонкоплитчатыми глинистыми сланцами и аргиллитами с подчиненными прослоями и линзами песчаников и оолитовых железных руд, согласно залегают на ордовикских песчаниках свиты Пита. Они вскрыты в колодцах, выкопанных местными жителями. Мезозойские интрузии габбро-долеритов на участке исследований распространены незначительно. Их выход на поверхность в полосе трассы отмечен только в русле небольшого ручья.

1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра инженерной и экологической геологии, аспирант; e-mail: sereja.kuzin@mail.ru

11 | Проектируемые площадка порта и железная дорога в 1991 г. |~2~[~~ Проектируемые площадка порта и железная дорога в 2006 г.

Рис. 1. Схема проектируемых объектов в 1991 и 2006 гг.

Колебания уровня океана в четвертичное время привели к образованию морских и речных террас. На современном этапе происходит затопление океаном устьевых частей крупных речных долин и накопление глинисто-песчаных отложений [Крятов и др., 1985].

Распространение, состав и строение пород, залегающих на ордовикских песчаниках. Из четвертичных пород в приокеанских районах Гвинеи наиболее распространены морские и элювиальные отложения. Последние сложены молодыми латеритными корами выветривания и представлены на участке исследований почти повсеместно. Состав и морфология коры выветривания в первую очередь зависят от ее положения в рельефе. Кроме того, на характер конечных продуктов выветривания существенно влияет состав выветривающихся пород. Сводный разрез грунтовой толщи на песчаниках представлен снизу вверх следующими образованиями (рис. 3):

1) трещинная зона песчаников сложена кварцевыми песчаниками, трещиноватыми, мелкозернистыми серовато-белыми, мощность до 8 м. Зона характеризуется развитием выветривания вдоль трещин, заполненных песчаным материалом или открытых.

Из трещиноватых песчаников отобрано 14 образцов. Все образцы имеют среднюю прочность. Значения предела прочности на одноосное сжатие

в водонасыщенном состоянии варьируют от 15 до 40 МПа (среднее 27 МПа), средняя плотность 2,50 г/ см3. Удельное сопротивление трещиноватых песчаников 2000— 5000 Омм, скорость продольных волн 2500-3000 м/с.

Подстилается трещинная зона прочными слаботрещиноватыми песчаниками (зона 0);

2) зона сильновыветрелых песчаников сложена породами со слабыми цементационными связями, это переходная зона от скальных грунтов к дисперсным. Представлена песчаниками кварцевыми, мелкозернистыми, желтовато-белыми. Прочность песчаников невелика, они легко рассыпаются в руках при небольшом нажатии. Мощность зоны до 5 м.

Средняя плотность песчаников в этой зоне составила 2,30 г/см3. Они характеризуются низким удельным сопротивлением (100-500 Омм) и небольшой скоростью продольных волн (100-1500 м/с);

3) зона каолиновых грунтов в нижней части сложена желтовато-белыми, светло-серыми, темно-коричневыми, а в верхней части — пестроцветными (красновато-коричневыми) глинами и суглинками твердой и полутвердой консистенции, реже туго- и мягко-пластичной, мощность от 3 до 12 м. В кровле слоя присутствуют включения дресвы и щебня (скального латерита — кирасы), в подошве — обломки песчаников очень низкой прочности. Глинистые грунты этой зоны относятся к среднеплейстоценовым морским отложениям [Мамедов, 2011], полностью преобразованным процессами латеризации.

Зона вскрыта во всех скважинах, пробуренных на площадке проектируемого порта. В процессе полевых работ из этой зоны отобрано 62 образца. Из них 41 образец классифицируется в соответствии с ГОСТ 25100-95 как глины твердые и полутвердые, 3 образца — как глины тугопластичные, 14 образцов — как суглинки твердые и полутвердые, 2 образца — как суглинки тугопластичные, и 2 образца представлены суглинками мягкопластичными. Мягко- и тугопластичные разности грунтов этой зоны имеют подчиненное значение, залегают на контактах с вышележащими и нижележащими обводненными зонами.

Для грунтов этой зоны характерны высокие значения предела текучести — до 67,6% для глин и 47,6% для суглинков — и низкие значения предела пластичности. К отличительным особенностям глинистых

Рис. 2. Разрез массива грунтов по скважине 8/2006. Грунты: 1 — почвенно-растительный слой, 2 — супеси, 3 — дресвяный грунт с суглинистым заполнителем, 4 — глины, 5 — суглинки, 6 — песчаники; включения: 7 — щебня кирасы, 8 — дресвы кирасы; влажность и консистенция: 9 — твердые, 10 — полутвердые, 11 — пластичные, 12 — тугопластичные, 13 — текучие, насыщенные водой, обводненные; границы: 14 — согласные,

15 — несогласные; 16 — места отбора проб

Рис. 3. Строение грунтовой толщи, сформировавшейся на песчаниках свиты Пита в приоке-анском районе провинции Боке (Гвинейская Республика). Грунты:

I — илы, 2 — супеси, 3 — кираса, 4 — щебенистый грунт с суглинистым заполнителем, 5 — дресвяный грунт с суглинистым заполнителем, 6 — глины, 7 — суглинки, 8 — пески, 9 — песчаники; включения: 10 — глыбы песчаника,

II — щебень кирасы, 12 — дресва кирасы; границы: 13 — согласные, 14 — несогласные;

15 — трещиноватость

грунтов относятся низкие значения угла внутреннего трения (4-17о) у глин твердой консистенции, высокие значения сцепления (в отдельных образцах 0,34 МПа) и модуля деформации (до 127 МПа), а также увеличение плотности частиц грунтов вверх по разрезу (с 2,66 до 2,83 г/см3).

По результатам инженерно-геофизических работ удельное сопротивление глинистых грунтов в этой зоне составляет 500-3000 Омм, скорость продольных волн — 2000 м/с. На отдельных участках с сильным засолением грунтов вблизи затопляемых морской водой эстуариев сопротивление грунтов может снижаться до <10 Ом-м;

4) зона крупнообломочных грунтов представлена щебнистыми и дресвяными грунтами красновато-коричневыми с суглинистым (реже глинистым и супесчаным) заполнителем, мощность от 1 до 5 м. Количество заполнителя в слое увеличивается сверху вниз, дресва и щебень представлены обломками кирасы. По-видимому, эта зона образовалась за счет разрушения зон кирасы, латеритов и отчасти зоны каолиновых глин.

В ходе полевых работ из этой зоны отобрано 27 образцов. Большинство из них (21) отобраны из скважин, пробуренных на площадке порта, остальные (6) — из скважин и шурфов, пройденных на первых километрах трассы.

Анализ гранулометрического состава грунтов этой зоны показал, что щебнистые грунты, как правило, расположены в кровле слоя, а дресвяные — ниже. Средний гранулометрический состав щебнистых и дресвяных грунтов крупнообломочной зоны приведен в табл. 1. Грунты этой зоны характеризуются высоким удельным сопротивлением (3000-8000 Ом-м) и небольшой скоростью продольных волн (8001000 м/с);

5) кираса — красновато-коричневая, трещиноватая, крепкая, но пористая (кавернозная) порода. Часто имеет брекчиевидную текстуру, т.е. состоит из обломков различных формы и размера прочных разностей ферритов, боксит-ферритов и железных руд, сцементированных железистым цементом. На отдельных участках в зоне приливно-отливной деятельности кираса обнажена с поверхности. По берегам и днищам эстуариев кираса мощностью до 1 м залегает иногда непосредственно на песчаниках (участки размыва), на значительной территории она отсутствует.

В ходе полевых работ из зоны кирасы отобрано 10 образцов. Грунты низкопрочные (в 4 образцах среднее значение предела прочности в водона-

сыщенном состоянии 2,5 МПа) до малопрочных (в 6 образцах — 7,6 МПа), средняя плотность 1,81 и 2,35 г/см3 соответственно.

По результатам вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) и сейсморазведки методом преломленных волн (МПВ) кираса обладает удельным сопротивлением 700-18 000 Ом-м и скоростью продольных волн в интервале 1500-2000 м/с;

6) зона современных морских отложений представлена кварцевыми песками пылеватыми и мелкими, супесями от твердых до текучих, илами текучими, реже галечниковым грунтом с супесчаным заполнителем и прослоями ракушечника, суглинками от мягкопластичных до твердых. Морские отложения практически повсеместно перекрывают кирасу и зону крупнообломочных грунтов на тех участках, где кираса отсутствует. Общая мощность отложений не превышает 5,0 м.

Прочностные характеристики песчаников и кирасы определяли в г. Конакри на универсальном прессе <^ЕКОВ» (Германия), плотность измеряли на образцах правильной формы. Определение плотности выветрелых песчаников проводили методом гидростатического взвешивания с парафинированием в полевой лаборатории. Прочностные свойства глинистых грунтов определяли в стационарной грунтово-химической лаборатории ОАО «Мосгипротранс» в Москве. Физические свойства глинистых и крупнообломочных грунтов установлены в полевой грунто-во-химической лаборатории ОАО «Мосгипротранс» по стандартным методикам в соответствии с ГОСТ.

Средние значения влажности и физико-механических свойств пород по зонам приведены в табл. 2.

В пределах исследуемого района глубина залегания уровня грунтовых вод составляет 1,0-2,0 м, зоны крупнообломочных грунтов и кирасы обводнены. Высокий уровень грунтовых вод обусловливает отсутствие свободного кислорода. Железо в этих условиях находится в закисной форме, поэтому цвет пород должен быть зеленым, серым и синим. Очевидно, что описанные зоны крупнообломочных грунтов и кирасы сформировалась выше уровня грунтовых вод, где кислород способствовал развитию окислительных процессов, в результате чего они приобрели красноватую окраску благодаря накоплению оксидных форм железа.

Выводы. 1. В верхней части геологического разреза в прибрежной океанской зоне провинции Боке (Гвинейская Республика) сверху вниз выделено 6 зон:

Таблица 1

Средний гранулометрический состав грунтов крупнообломочной зоны

Грунт Размер фракций, мм

>10 10-5 5-2 2-1 1-0,5 0,5-0,25 0,25-0,1 0,1-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 < 0,005

Щебнистый 60,6 17,9 9,8 0,6 1,1 1,8 2,4 2,9 1,6 0,3 1,0

Дресвяный 25,8 27,1 23,3 0,8 1,8 2,6 4,1 4,9 4,2 1,8 3,5

Таблица 2

Средние значения влажности и физико-механических свойств грунтовой толщи в приокеанском районе провинции Боке (Гвинейская

Республика)

Номер зоны Наименование грунтов Природная влажность грунта, ю Граница текучести, Граница раскатывания, нр Плотность грунта, р Плотность частиц грунта, ps Коэффициент водонасыщения, 8г Коэффициент пористости, е Угол внутреннего трения ф, град. Удельное сцепление, С, кПа Модуль деформации, Е, МПа Пределы прочности на одноосное сжатие в сухом и водона-сыщенном состояниях, Ясж, МПа Размягчаемость ельное электрическое сопротивление, Омм, 10-3 Скорость продольных волн, м/с

д.е. г/см3 д.е. £

5 Кираса малопрочная 0,04 — — 2,35 3,15 9,0 7,6 0,84 7-18 1500-2000

То же 0,04 — — 1,81 3,05 3,4 2,5 0,73

4 Щебнистый/дресвяный грунт с суглинистым заполнителем 0,18 0,30* 0,20* 2,15 2,76 0,96 0,52 3-8 800-1000

3 Глины/суглинки твердые, полутвердые пестроцветные 0,27 0,46 0,28 1,99 2,72 1 0,73 10 142 78 — — —

Глины/суглинки тугопла-стичные, пестроцветные 0,31 0,39 0,23 1,85 2,68 0,93 0,89 8 50 20 — — — 0,5-3 <2000

Суглинки мягкопластичные, пестроцветные 0,21 0,24 0,16 1,82 2,67 0,72 0,77

2 Песчаник сильновыветрелый, очень низкой прочности 0,06 — — 2,30 2,66 — — — — — <1 — — 0,1-0,5 100-1500

1 Песчаник средней прочности, трещиноватый 0,03 — — 2,50 — — — — — — 35 27 0,77 2-5 2500-3000

0 Песчаник прочный, слаботрещиноватый 0,02 — — 2,64 2,60 82 76 0,92

* Для заполнителя. Прочерк — нет данных.

современные морские отложения (до 5 м), кираса (до 1 м), латеритные грунты (1—5 м), каолиновые грунты (3—12 м), сильновыветрелые песчаники (0,5—5 м) и трещиноватые песчаники (5—8 м). Породы, слагающие зоны, весьма разнообразны — скальные, полускальные, дисперсные (глины, суглинки, дресвяные грунты и т.д.).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Викторов Г.Г., Сума А.М. Физические свойства пород кор выветривания в Гвинейской народной революционной республике // Изв. вузов. Геология и разведка. 1983. № 7. С. 73-77.

ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. М.: Изд-во стандартов, 1996. 20 с.

ГОСТ 20522-96. Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний. М.: Изд-во стандартов, 1997. 24 с.

Крятов Б.М., Прокофьев С.С., Макстенек И.О. и др. Этапы тектонического развития и металлогенетические особенности запада Леоно-Либерийского щита (Западная Гвинея и Гвинея-Бисау) // Геотектоника. 1985. № 6. С. 43-60.

Мамедов В.И., Буфеев Ю.В., Никитин Ю.А. Геология Гвинейской Республики. Т. 1. М., 2011. 341 с.

2. Зона каолиновых грунтов наиболее мощная в разрезе, она образовалась по морским среднеплей-стоценовым отложениям, полностью преобразованным процессами латеризации. Глинистые грунты этой зоны обладают повышенными прочностными свойствами.

Михайлов Б.М. Геология и полезные ископаемые западных районов Либерийского щита. М.: Недра, 1969. 180 с.

Сапожников Д.Г., Богатырев Б.А., Барков В.В. Бокситы и коры выветривания Гвинеи // Кора выветривания. 1976. № 15. С. 3-50.

Селиверстов Ю.П. Геолого-геоморфологические условия развития мангровых побережий Гвинейской Республики // Геоморфология. 1977. № 4. С. 88-96.

Скиба С.И. О некоторых инженерно-геологических особенностях тропического элювия (на примере Гвинеи) // Изв. вузов. Геология и разведка. 1979. № 10. С. 107-112.

Ярг Л.А. Формирование состава и физико-механических свойств пород латеритовой коры выветривания // Инж. геология. 1980. № 3. С. 74-87.

Поступила в редакцию 08.10.2013