Особенности геологического развития территории Санкт-Петербургского региона: тектоника, геоморфология, гидрография

 

 

 

mIVlt (слой 3)

морские отложения литаринового моря

Вскрыты на глубине 12.80  м, мощность 7.20  м.  Разрез представ-лен суглинками текучими, легкими, пылеватыми, слоистыми, тиксотропны-ми, коричневато-серыми с прослойками  (1-10 мм) песков, пылеватых, насы-щенных водой, с растительными остатками.

 

 

 

mIVlt (слой 2а)

морские отложения литаринового моря

Вскрыты на глубине 5.60  м, мощность 2.20 м.  Разрез представлен су-песями пластичными, пылеватыми, слоистыми, тиксотропными, серыми, с прослойками (1-5 мм) песков, пылеватых, насыщенных водой

 

mIVlt (слой 2б)

морские отложения литаринового моря

Вскрыты на глубине 3.40  м, мощность 1.40 м.  Разрез представлен  песками пылеватыми, плотными, серыми, насыщенными водой, с раститель-ными остатками.

 

tIV

Вскрыты на глубине 2 м мощность2 м. Представлены насыпными грунтами, слежавшимися песками разной крупности и средней плотности, серовато-коричневыми, влажными, с глубины 1.8 м насыщены водой, перемешаны со строительным мусором, с гравием и галькой.

 

 

 

 

 

3. Условия формирования  отложений территории строительства  Фондохранилища Государственного Эрмитажа (вендские глины).

 

Санкт-Петербург и его окрестности расположены в пределах 3-х геоморфологических районов: Приневской низменности, Ордовикского плато и Карельского перешейка. Основные формы рельефа (плато,низины, древние долины) сформировались в доледниковое время. Их возникновение связано с различной сопротивляемостью горных пород денудационными процессами.

 

Современный рельеф Приневской низменности и прилегающих районов окончательно сформировался во времена последнего валдайского оледенения. Формы рельефа, связанные с более древними оледенениями, перекрыты или уничтожены при наступлении ледников последнего оледенения.

 

После освобождения Приневской низменности от льдов последнего оледенения дальнейшее формирование рельефа шло род влиянием аккумулятивной деятельности водных бассейнов, покрывавших территорию района, приледниковых озер, двух польдиевых морей, акунлового озера, меторлиового и древнебалтийского морей.

 

В западной части Приневской низменности в пределах которой распологается Санкт-Петербург, выделяются два образионно-аккумулятивных уровня: верхний (вторая терраса), выработанный балтийским ледниковым озером и нижний (первая терраса) связанный с деятельностью литоринового моря.

 

Первая терраса (нижняя) высотой до 12м представляет собой пологонаклоненную морскую равнину литоринового. Граница ее распространения оконтуривается почти повсеместно сохранившимися образионными уступами.

 

Вторая терраса (верхняя) высотой 12-25м над уровнем моря имеет характер плоской равнины. По переферии ее почти повсеместно прослеживается береговые волны, фиксирующие положение уровня последней стадии балтийского ледникового озера. Равнинный характер второй террасы нарушается выступающими на поверхность более древними формами рельефа: Озерной и Парголовской возвышенностями и др.

 

В плейстаценовое время, как считает большинство исследователей, возникновение мощных ледниковых покровов, по-видимому, вызвало прогибание земной коры в области оледенения. В этот период глинистая толща оказалась под мощным ледниковым покровом (более 1000 м). При этом в течение всего периода оледенения уже сформировавшиеся верхнекотлинские глины подвергались нескольким циклам разгрузки – нагрузки, отвечающим периодам оледенения и межледниковым стадиям.(4)

 

В послеледниковое и в настоящее время отложения вендских глин в Санкт-Петербургском регионе находятся на стадии регрессивного литогенеза. Они залегают под маломощным чехлом четвертичных отложений различного генезиса (моренных, озерно-ледниковых и техногенных) (6).

 

3.1 Особенности накопления и формирования толщи

 

Венд - заключительный этап протерозойского акрона. Вследствие прогибания земной коры начала образовываться московская синеклиза. В ее пределах располагался обширный морской бассейн и накапливались терригенные осадки. В начале валдайской эпохи море наступало с востока и достигало пределов Ленинградской области. Оно было спокойным с застойными лагунами, нормальной (35%с) и слабой (10-15%с) соленостью. Обломочный материал поступал с Балтийского щита, Белорусского и Локновского поднятий. В конце редкинского времени территория испытывала подъем и осушение.

Новое (котлинское) наступление моря было более обширным. Морской бассейн распространялся, как и ранее, с востока и занимал почти всю территорию Ленинградской области, за исключением склонов Балтийского щита. Источники терригенного материала оставались те же - Балтийский щит.(7)

Таким образом, отложения котлинских слоев происходило в условиях постепенно расширяющегося морского бассейна‚ поскольку положение береговой линии ляминаритового моря не было стабильным, глины приобрели тонкую слоистость и содержат большое число прослоев песчаников, алевролитов и алевролитовых глин. Среда ляминаритового бассейна была восстановительной, что способствовало сохранению органического вещества.(8)

 

В своем развитии глинистые породы верхнего венда претерпели несколько стадий прогрессивного и регрессивного литогенеза.

 

Катагенетические преобразования как верхнекотлинских глин происходили за счет комплекса следующих процессов:

 

-гравитационного уплотнения осадков под действием давления перекрывающих пород;

-действия тектонических  сил в области сочленения Русской  платформы с Балтийским щитом;

-изменения термодинамических  и физико-химических условий по мере погружения толщи пород на глубину и формирования цементационных связей при повышении концентраций солей поровых растворов.

 

Более поздние по возрасту отложения, нижне- и верхнепалеозойские‚ мощность которых достигала 300-350 м, создавали дополнительное давление 6-7 МПа на коренные глины. Однако, ведущую роль в уплотнении глинистых отложений сыграли тектонические силы, активно действующие в регионе сочленения Русской платформы с Балтийским щитом.

 

Котлинские отложения вскрываются под толщей четвертичных грунтов на большей части территории города, свое название они получили благодаря тому, что впервые их разрез был описан на западе острова Котлин‚ где глины залегают на глубине около 5 м. Вся котлинская толща залегает на глубине от 5 до 120 м от дневной поверхности. Подобная разница в глубине заложения определяется развитием подземных форм рельефа - погребенных долин, заложенным по тектоническим разломам. Полная мощность этих отложений варьирует от 12,0 до 20,5 м (в палеодолинах) до 95,5-126‚5 м на участках вне погребенных долин.

 

 

 

Котлинская толща по литологическим особенностям имеет трехслойное строение - в верхней части до глубины 60-70 м залегают верхнекотлинские глины. Среднюю часть котлинской свиты занимает толща переслаивания глин и песчаников. В нижней части котлинского горизонта распространены песчаники, мощностью около 20 м с прослоями и линзами глин. К песчаникам приурочен нижнекотлинский высоконапорный водоносный горизонт минерализованных хлоридных натриевых вод (3-5 г/дмз), для которого глины являются верхним водоупором. При глубине вреза погребенных долин 50-60 м практически вся мощность верхнекотлинских глин становится размытой, и в основании оказывается разуплотненная трещиноватая толща переслаивания глин и песчаников.

 

Верхнекотлинские глины обычно имеют серо-зеленоватую окраску и тонкосдоистое сложение, на плоскостях напластования видны бурые пленки сапропеля текстурной особенностью таких глин является чередование тонких однородных слойков зеленоватого цвета с серыми алевролитовыми.

 

В нижней половине разреза глин отмечаются прослои и линзы песков и слабых песчаников, которые в верхней половине практически отсутствуют, и глины более однородны.(8)

 

Текстура глин тонкополосчатая, полосчато сланцеватая, реже массивная, структура их пелитовая. Тонкодисперсная часть этих глин представлена гидрослюдой и каолинитом.

 

По гранулометрическому составу верхнекотлинские глины относятся к типично апевритовым разностям с содержанием пылеватой фракции от 39 до 78%, глинистой - от 17 до 65%, причем ее содержание несколько увеличивается по глубине. Содержание песчаных фракций изменяется от 0 до 33%, возрастая, главным образом, в менее глинистых разностях, среди песчаных преобладают тонкие фракции. Глины находятся в основном в твердом и полутвердом состоянии, на глубине приобретают характер полускальных аргиллитоподобных глин.

 

В южной части Санкт-Петербурга отложения венда перекрыты толщей нижнекембрийских песчаников и глин. Мощность синих глин варьирует в пределах 0-120 м. Синие глины характеризуются однородностью минерального и гранулометрического состава. (8)

 

Зональное строение толщи коренных глин предопределяет изменчивость инженерно-геологических и гидрогеологических условий по глубине разреза и по площади рассматриваемой территории. В пределах города верхняя часть толщи верхнекотлинских глин не может рассматриваться как надежная для обеспечения длительной устойчивости тоннельных коллекторов глубокого заложения и шахтных стволов. Особое внимание должно быть обращено на зоны тектонических разломов, в пределах которых коренные породы характеризуются минимальными показателями прочности, деформационной способности в массиве и повышенной водопроницаемостью.

 

 Активность тектонического  фактора и соответственно трещинообразование  определяется  регионом, который  находится на сочленении Русской  платформы с Балтийским щитом. Тектонические трещины образуют в глинах две системы северо-западного и северо-восточного простирания, угол между которыми составляет практически 90°. Кроме того, отмечаются также тектонические трещины субширотного и субмеридионального направления. Падение трещин вертикальное, либо крутопадающее под углом 70-80°. Тонкие трещины в толще синих глин иногда заполнены порошкообразным пиритом.

 

Система тектонических и субгоризонтальных литогенетических трещин формирует блочное строение толщи глинистой толщи. Интенсивность тектонической трещиноватости в толще коренных глин неодинакова. Наиболее сильно она проявляется в так называемых тектонических узлах. Нетектоническая трещиноватость, в основном, характерна для верхней зоны разреза коренных глин, И ее формирование происходило как на стадии прогрессивного, так и регрессивного литогенеза На стадиях регрессивного литогенеза, когда глинистая толща испытывала разгрузку’ в верхней зоне разреза шло образование трещин упругого отпора и выветривания при знакопеременном воздействии температур, за счет кристаллизации новообразований. В ледниковый период формирование трещин происходило за счет давления ледника, морозного выветривания, а также гляциотектоники.

 

Таким образом, история формирования верхнекотлинских  глин в доледниковое‚ ледниковое и послеледниковое время определило их современное состояние, состав и физикомеханические свойства, которые различаются по разрезу толщи.

Следовательно, необходимо учитывать зональное строение глин по глубине в процессе их инженерно-геологической оценки. (9)

 

3.2 История освоения территории  строительства, техногенные факторы формирования свойств грунтов разреза.

 

В разрезе территории Санкт-Петербурга при проектировании капитальных и уникальных зданий, а также реконструкции старинных зданий и архитектурно-исторических памятников особое внимание следует уделять слабым водонасыщенным четвертичным грунтам и коренным глинам верхнего венда и нижнего кембрия, залегающим под ними. История геологического развития данной территории во многом определяет особенности их строения дочетвертичных глин. (10)

 

Рельеф Санкт-Петербурга сформировался в поздненеогеновое-раннечетвертичное время (около 2 млн. лет назад) за счет эрозионной деятельности древней речной системы, которая прорезала породы нижней толщи на различную глубину. В четвертичное время древние речные долины, представлявшие собой пониженные участки рельефа, были полностью заполнены ледниковыми и межледниковыми отложениями, в результате чего в современном рельефе такие долины обычно не выражены. Исключение составляют некоторые районы в южной и юго-западной частях Санкт-Петербурга (Лигово, Колпино и др.), где мощность четвертичных образований небольшая (менее 10 м).

 

Также на формирование современного рельефа повлияло то, чтоСанкт-Петербург расположен в области сопряжения двух крупных структур - Балтийского щита и Русской плиты, что предопределило особенности проявления тектонического фактора. В пределах города зафиксировано четыре системы тектонических разломов, по которым происходило формирование палеодолин в коренных породах осадочного чехла - в верхнекотлинских глинах венда, а в южной части города - в нижнекембрийских синих глинах. Глубина вреза ряда палеодолин достигает 120 м, а их площадь составляет более 20% площади города. Вне погребенных долин верхнекотлинские глины могут служить надежным опорным горизонтом для свайных фундаментов.

Тектонические разломы, которые образовались сотни и десятки миллионов лет тому назад, продолжают свою жизнь и в настоящее время, перемещения по ним составляют от долей до 2 мм в год. Такие разломы определяют блоковое строение территории города, а также наличие трещиноватости в коренных породах венца и нижнего кембрия.