Научная мысль

Московский государственный университет 
имени М.В. Ломоносова

Геологический факультет

И.Ю. ГРИГОРЬЕВА

МИКРОСТРОЕНИЕ 
ЛЁССОВЫХ ПОРОД

Монография

Москва

ИНФРА-М

2020

Г83

G83

УДК 624.1:55(075.4)
ББК 38.78:26.3 
Г83

Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований

по проекту № 01-05-78017

Ответственные редакторы:

В.Т. Трофимов, доктор геолого-минералогических наук;
В.Н. Соколов, доктор геолого-минералогических наук

Р е ц е н з е н т :

Г.Л. Кофф, доктор гео лого-минералогических наук 

Григорьева И.Ю.

Микростроение лёссовых пород : монография / И.Ю. Григорьева ; отв. ред. В.Т. 
Трофимов, В.Н. Соколов. — Москва : ИНФРА-М, 2020. — 147 с. — (Научная мысль).

ISBN 978-5-16-109244-6 (online)

В монографии на основе литературного материала и экспериментальных исследований автора 
критически проанализированы спорные аспекты современных представлений о микростроении 
лёссовых пород. Показана взаимосвязь морфологических особенностей строения, контактных 
взаимодействий и просадочности лёссовых пород. 
Особое внимание уделено вопросам 
классифицирования 
микростроеиия. 
Представлена инженерно-геологическая классификация, 
которая наиболее полно охватывает существующие типы микростроения, позволяет проследить 
возможные переходы одних микроструктур в другие и по данным количественного анализа РЭМ- 
изображений образцов проводить прогноз просадочности лёссовых пород.

Для специалистов в области инженерной геологии, экологии, географии, почвоведения, а также 
студентов.

Ф З
И зд а н и е  не п од леж и т м арки ровке

№ 4 3 6 -Ф З
в со отв е тств и и  с п. 1 ч. 2 ст. 1

Grigorieva I.Yu.

Microslructure of the loess soils : monograph / I.Yu. Grigorieva ; ed. V.T. Trofimov, 
V.N. Sokolov. — Moscow : INFRA-M, 2020. — 147 p.

Book presents disputable aspects of modern representations about the loess soils microstructure 
basing on the published literature and author's experimental researches. The independency between 
morphological features, magnitude of contact interplays and coilapsibility of the loess soils are shown. The 
special attention is given to questions of loess soils microslructure classification. The engineering- 
geological classification is introduced, which one is fullest encompasses existing microstructure types, 
allows to look after possible transferring of one types in others and on the data of quantitative analysts of 
the SEM-images of samples to carry out the forecast of loess soils col- lapsibility.

For the specialists in the field of engineering geology, ecology, geography, pedology and students.

УДК 624.1:55(075.4) 
ББК 38.78:26.3

ISBN 978-5-16-109244-6 (online)
© Григорьева И.Ю., 2020

ВВЕДЕНИЕ

Лёссовые породы относятся к одним из самых распространенных 
типов континентальных образований. По механическому составу 
(высокая пылеватость) они занимают промежуточное положе­
ние между песчаными и глинистыми породами и, подобно им, ха­
рактеризуются определенным набором свойств. С инженерно­
геологической точки зрения, лёссовые породы относятся к наи­
более сложным типам пород вследствие ряда специфических 
особенностей, проявляющихся при взаимодействии с водой, а 
именно просадочности.

Изучению лёссовых пород посвящены работы многих отече­
ственных и зарубежных исследователей: М.М. Филатова, С.С. Мо­
розова, И.В. Попова, И.И. Трофимова, Н.Я. Денисова, Н.И. Кри- 
гера, Е.М. Сергеева, В.П. Ананьева, Г.А. Мавлянова, М.П. Лысен­
ко, Л.Г. Балаева, В.Т. Трофимова, А.В. Минервина, Г.К. Бондари- 
ка, П.В. Царева, Т.Г. Рященко, Б.Ф. Талая, Р.С. Зиангирова, 
Я.Е. Шаевича, Я. Смаллея, 3. Франковского, Дж. Феда, А. Клюка- 
новой, С. Роджерса, Е. Дебрушира, Хан Ян-мао (Han Jia-mao), 
3. Лин и многих других. Ими были разработаны фундаментальные 
теоретические положения по проблеме формирования свойств 
лёссовых пород, а также решен ряд важных практических задач 
грунтоведения, механики грунтов, технической мелиорации. Не­
смотря на достигнутые успехи, все еще существует много неясных 
аспектов в решении вопроса формирования их просадочности.

Познание природы формирования свойств горных пород тре­
бует глубокого анализа их состава и структуры. Для пылеватых 
пород особое значение приобретает исследование их микрострук­
туры, т.е. размера и формы твердых структурных элементов и 
пор, их взаимной ориентации и типа структурных связей. Значи­
тельный вклад в исследование микроструктуры лёссовых пород 
принадлежит А.К. Ларионову, И.М. Горьковой, Н.В. Волянику, 
Г.А. Липсону, В.М. Алексееву, В.Н. Соколову, Н.Н. Комиссаро­
вой, Е.Н. Коломенскому, Г.Л. Коффу, В.Ф. Котлову, Х.Л. Рахма- 
туллаеву, В.В. Севостьянову, В.В. Ведерникову, А.В. Гриднев- 
скому, Ш.Э. Усупаеву и др.

Несмотря на длительный период изучения, существующие 
ныне классификации структуры лёссовых пород не учитывают 
всех структурных признаков и не позволяют делать научно обос­
нованный прогноз их деформационного “поведения”.

Современная аппаратурная база, широкое внедрение в прак­
тику исследований растровых электронных микроскопов и ана-

3

лизаторов изображений, позволяющих получать количествен­
ные морфологические показатели, создали хорошую основу для 
всестороннего исследования микростроения лёссовых пород.

В предлагаемой монографии на основе комплексного экспе­
риментального исследования микростроения лёссовых пород, 
проведенного автором, представлены результаты разработки ин­
женерно-геологической классификации их микростроения и 
установлены взаимосвязи параметров микростроения и проса- 
дочности.

Исследование микростроения лёссовых пород проводилось 
под научным руководством доктора геолого-минералогических 
наук, профессора, академика Российской академии естественных 
наук и Международной академии наук Высшей школы В.Т. Тро­
фимова и доктора геолого-минералогических наук, профессора 
В.Н. Соколова, которым автор искренне благодарен за постоян­
ное внимание к работе и научно-методическую помощь. Автор 
также благодарит за помощь и консультации, оказанные на раз­
личных этапах работы, всех сотрудников кабинета электронной 
микроскопии и лаборатории региональной инженерной геологии 
кафедры инженерной и экологической геологии геологического 
факультета 
Московского 
государственного 
университета 
им. М.В. Ломоносова.

Глава 1

РАЗВИТИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ 
О МИКРОСТРОЕНИИ 
ЛЁССОВЫХ ПОРОД

1.1. ПОНЯТИЙНО-ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИЕ 
АСПЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ МИКРОСТРОЕНИЯ 
ЛЁССОВЫХ ПОРОД

Известно, сколь велика роль терминологии в науке. Еще в 1889 г. 
А.П. Павлов (см. Шаевич, 1987) в одной из статей отмечал, что 
любой научный термин должен быть не только удобным, но и 
научно обоснованным. Это обстоятельство приобретает боль- , 
шую значимость в данной работе, поскольку ее конечная цель -  
составление инженерно-геологической классификации микро­
структуры лёссовых пород, а одним из необходимых условий лю­
бой классификации является строгое определение классифици­
руемых объектов.

Вопросы терминологии, связанные как с понятием “структу­
ра” породы, так и с понятием “лёсс”, относятся, пожалуй, к одним 
из наиболее дискуссионных в геологии вообще и в инженерной 
геологии в частности. В силу этого нам представляется целесооб­
разным кратко остановиться на данной проблеме и дать четкое 
определение понятий, которых мы будем придерживаться в даль­
нейшем изложении.

1.1.1. Определение термина “лёсс” 
и его производных

История изучения лёссовых пород продолжается более сотни 
лет. Библиография по лёссам насчитывает несколько тысяч на­
именований, что свидетельствует о многопредметности их изуче­
ния. Пристальное внимание к этим породам со стороны как гео­
логов, так и географов, почвоведов и археологов способствовало 
возникновению проблемной ситуации в познании лёссов. К кате­
гории дискуссионных относятся и вопросы терминологии.

Термин “лёсс” впервые был введен К. Леонардом в 1823 г. В пе­
реводе с немецкого он означает “рыхлый, нетвердый, слабый”. 
В Восточной Европе лёсс был известен под названиями “белоглаз-

5

ка” либо “макропористый грунт”. Во Франции и в Китае лёсс опре­
деляли как “желтозем” (желтая земля) (см. Кригер, 1986).

В работе Н.И. Кригера “Лёсс, его свойства и связь с геогра­
фической средой” (1965) и в статье В.Т. Трофимова «Об инже­
нерно-геологическом содержании термина “лёсс” и его произ­
водных» (1992) достаточно подробно рассматриваются вопросы 
терминологии и отмечается, что существуют пять различных по 
содержанию определений понятия “лёсс”: 1 -  генетическое, 2 - 
литологическое, 3 -  инженерно-геологическое, 4 -  морфологи­
ческое и 5 -  территориальное. Имеются не менее тринадцати 
разновидностей этого понятия, и наряду с термином “лёсс” ис­
пользуются семь его производных: лёссовые грунты, лёссовид­
ные породы, лёссоподобные породы, деградированный лёсс, лёс- 
соид, лёссолит и нелёссовые породы.

Анализ имеющихся в инженерно-геологической литературе 
определений термина “лёсс” позволяет констатировать, что боль­
шинство исследователей стремились вложить в это определение 
как можно больше характерных и необходимых признаков.

Так, Н.И. Кригер предложил понимать под “лёссом”: «...алев­
рит (силт) светло-желтой (палевой) окраски с общей пористо­
стью 40-55%, с видимыми невооруженным глазом канальцами, 
неслоистый известковистый (но не цементированный до состоя­
ния полускальной породы), более или менее микроагрегирован­
ный, склонный обваливаться вертикальными глыбами, залегаю­
щий плащом (в том числе нередко и на высших точках водораз­
делов), обычно мощностью не менее нескольких метров. Микро­
агрегатный механический анализ породы пипеточным методом 
показывает количество фракций диаметром 0,01-0,05 мм (“лёс­
совые” фракции) в пределах 30-55%, количество глинистых 
фракций (диаметром < 0,005 мм) в пределах 5-30%; фракции диа­
метром > 0,25 мм присутствуют в количестве не более 5% и час­
то вовсе отсутствуют. Характерным свойством лёсса является 
однородность механического состава в разрезе на разных глуби­
нах и в плане на разных участках. Весьма редки прослои галеч­
ников и песков, а также отдельные включения валунов и галек. 
Характерными, но необязательными свойствами лёсса являются 
случаи переслаивания его с погребенными почвами, а также 
включения раковин наземных моллюсков и известковистых жу- 
равчиков (последние -  в одиночку или прослоями)» (1986, с. 27).

Все породы, морфологически напоминающие лёсс, но не 
имеющие комплекса вышеперечисленных признаков, называют­
ся Н.И. Кригером лёссовидными.

И.М. Горьковой (Горькова и др., 1964) под “лёссами” понима­
лись породы, отличающиеся рыхлым сложением, слабой сцемен-

6

тированностью, палевым цветом, отсутствием слоистости, высо­
кой пористостью (46-59%), наличием видимых глазом макропор 
диаметром от 0,5 до 2,0 мм. Эти породы легко образуют верти­
кальные отдельности и отвесные стенки откосов.

А.Л. Рубинштейном (1961) к типичным признакам лёссовых 
пород относились: 1) своеобразная структура с вертикальными ка­
нальцами -  макропорами; 2) значительная пористость (свыше 
40%); 3) преимущественное содержание пылеватых частиц; 4) на­
личие растворимых солей: карбонатов, сульфатов, хлоридов; 
5) столбчатая отдельность и способность в сухом состоянии дер­
жаться в высоких вертикальных откосах; 6) большая высота ка­
пиллярного поднятия (до 2,5 м); 7) легкая размываемость, приво­
дящая к развитию овражной сети; 8) наличие наряду с непросадоч­
ными типами просадочных, дающих резкую просадку нагружен­
ных грунтов при увлажнении; 9) отсутствие явных внешних пока­
зателей для разграничения просадочных и непросадочных типов; 
10) повторные просадки при повторном замачивании; 11) различ­
ный характер деформации грунтов при увлажнении вследствие ин­
фильтрации сверху и при подъеме уровня грунтовых вод.

В работе Е.М. Сергеева с соавт. отмечается, что “к лёссам от­
носится однородная, неслоистая, сильнопылеватая (более 50%), 
пористая (более 42%, часто имеющая макропоры), маловлажная 
(естественная влажность менее влажности максимальной моле­
кулярной влагоемкости) порода, проявляющая просадку при за­
мачивании. Лёсс подразделяется на просадочный при природном 
давлении и проявляющий просадочность при дополнительных 
нагрузках. Отмеченные показатели являются основными для его 
выделения. Лёсс обычно имеет светлые тона окраски (чаще па­
левые), отличается карбонатностью (более 5%), в обнажениях 
образует вертикальные откосы. На участках, где лёссы замоче­
ны и утратили просадочность при природном давлении, они опи­
сываются как деградированные лёссы, у которых со временем 
просадочность может восстанавливаться под влиянием гиперген­
ных процессов” (1982, с. 38).

Г. С. Золотаревым (1983) к типичным лёссам относятся в ос­
новном верхне-, средне- и, реже, раннеплейстоценовые конти­
нентальные образования разного генезиса, обладающие следую­
щими характерными признаками: 1) значительным преобладани­
ем в составе алевритовых фракций, что позволяет определить 
породу как разнообразные суглинки, пылеватые и однородные;
2) высокой пористостью (45-52%) и низкой влажностью (3-10%);
3) непрочными структурными связями, агрегированностью и ми­
кросложением; 4) просадочностью -  способностью к уплотне­
нию при обводнении под действием как собственного веса, так и

7

при приложении статических и динамических нагрузок; 5) быст­
рым и значительным разрушением структурных связей при ув­
лажнении и, как следствие, снижением прочности, легкой размы- 
ваемостью и оплыванием.

Если при увеличении содержания в породе глинистых и пес­
чаных частиц уменьшается пористость и исчезает просадоч- 
ность, то такие породы, по мнению Г.С. Золотарева, следует от­
носить к лёссовидным.

С.Д. Роджерс (Rogers, 1995) отмечал, что для лёссовых пород 
необходимым условием является наличие просадочных деформа­
ций, которые возможны при: 1) открытой структуре грунта, 
2) высокой пористости, 3) низкой влажности, 4) геологически не­
давнем времени образования, 5) высокой чувствительности по 
отношению к воде, 6) слабых структурных связях.

Даже из приведенного выше небольшого числа примеров 
вполне очевидно, сколь запутанным и бесперспективным являет­
ся определение лёсса, основанное на перечислении как можно 
большего числа признаков. Поскольку данная работа нацелена 
именно на инженерно-геологическую классификацию микро­
строения лёссовых пород, то, не останавливаясь на рассмотрении 
всех имеющихся понятий, мы будем в дальнейшем придержи­
ваться определения, предложенного В.Т. Трофимовым. Оно бы­
ло дано на основе выделения наиболее важных с инженерно-гео­
логической точки зрения особенностей лёссовых пород и являет­
ся одним из достаточно кратких, но в то же время емких опреде­
лений: “К лёссовым породам в инженерно-геологическом отно­
шении следует относить континентальные пылевато-глинистые 
образования различного генезиса, содержащие более 50% пыле­
ватых частиц (0,05-0,005 мм) по данным гранулометрического 
анализа и проявляющие при замачивании просадочные свойства 
(относительная просадочность больше или равна 0,01) при при­
родном давлении или дополнительных нагрузках.

Лёссовые породы включают только лёссы и лёссовидные по­
роды (грунты). Лёссы представляют собой континентальные пы­
левато-глинистые образования различного генезиса, содержа­
щие более 50% пылеватых частиц по данным гранулометриче­
ского анализа и проявляющие просадочность (при замачивании) 
при действии природного давления. В отличие от них лёссовид­
ные породы проявляют просадочные свойства при замачивании 
только под действием дополнительных нагрузок. Пылевато-гли­
нистые грунты, содержащие более 50% пылеватых частиц, но не 
обладающие свойством просадочности, следует относить к кате 
гории глинистых и называть глинистыми пылеватыми или лёссо­
подобными” (1992, с. 22).

В отличие от точки зрения В.Т. Трофимова, на наш взгляд, не 
следует исключать из определения лёссовых пород лёссоподоб­
ные породы, поскольку, как отмечает сам В.Т. Трофимов (1992), 
при деградации лёссы могут переходить как в лёссовидные, так и 
в лёссоподобные породы. И отнесение именно лёссоподобных 
пород к категории глинистых не совсем оправданно.

Таким образом, в нашем понимании: лёссовые породы -  кон­
тинентальные пылевато-глинистые образования различного 
генезиса, содержащие более 50% пылеватых частиц (0,05— 
0,005 мм) по данным гранулометрического анализа и способные 
проявлять просадочные деформации при замачивании (относи­
тельная просадочность больше или равна 0,01) при определен­
ных условиях; лёссы, как часть лёссовых пород, -  породы, прояв­
ляющие просадочность при замачивании под действием природ­
ного давления, а лёссовидные породы -  только под действием до­
полнительных нагрузок; лёссоподобные -  породы, не обладаю­
щие просадочностью, но способные приобрести это свойство в 
ходе гипергенных преобразований.

1.1.2. Соотношение и инженерно­
геологическое содержание терминов 
“структура”, “текстура”, “строение”

Вопрос о соотношении терминов “структура” и “текстура” неод­
нократно обсуждался в инженерно-геологической литературе. 
Однако до сих пор отсутствует однозначность в толковании этих 
терминов. В работах таких авторов, как П.И. Фадеев, Е.М. Сер­
геев, Г.К. Бондарик, В.И. Осипов, Г.Л. Кофф, В.Н. Соколов, 
Е.Н. Коломенский, Н.Н. Комиссарова и другие, были высказаны 
различные точки зрения на данную проблему. И каждым из ис­
следователей была подчеркнута искусственность разделения по­
нятия “строение” породы на “структуру” и “текстуру”. Предлага­
лось заменять два этих близких по значению термина одним. 
Причем в качестве термина, обозначающего совокупность поня­
тий “структура” и “текстура”, одними авторами рассматривался 
термин “строение” (Фадеев, 1973; Маракушев, 1976); другими -  
“структурно-текстурные особенности” (Денисов, 1944; Бонда­
рик, 1981); третьи авторы предлагали трактовать термин “струк­
тура” в широком смысле слова, когда текстура становится одним 
из признаков структуры (Осипов, 1985; Рахматуллаев и др., 
1985), либо рассматривать это понятие с позиций системно-стру­
ктурного анализа (Куражковская, Фурманов, 1975; Коломен­
ский, 1985). Основные представления различных исследователей 
по этому вопросу приведены в табл. 1.

9

Таблица 1

Представления различных авторов о строении горных пород

Автор,
год

Содержание понятий

структура
текстура

структурно­
текстурные
особенности

строение
сложение
микрострук­
тура

Левин­
Совокупность признаков
Особенности, кото­
То же, что и 
То же, что

сон-Лес­
горной породы, определя­
рые отражают про­
текстура 
структура

синг,
емых морфологическими
странственные вза­

1940
особенностями отдельных 
составных частей и их 
соотношениями

имоотношения сос­
тавных частей и опре­
деляют общий внеш­
ний облик породы, 
ясно выступающий 
макроскопически

Зава-
Особенности строения по­
Распространение и

рицкий,
роды, которые обусловли­
расположение состав­

1956
ваются размерами, фор­
мой и соотношением 
составных частей породы

ных частей породы в 
пространстве

Мара-
Особенности строения
Определяется общи­
Совокупность струк- То же, что и

кушев,
горной породы, которые
ми особенностями
туры и текстуры, ко- строение

1976
обусловливаются раз­
минеральных агре­
торая определяется

мерами, формой и соотно­
гатов и их располо­
характером и вза­

шениями минералов и
жением в простран­
имоотношением ми­

вулканического стекла
стве
неральных состав­
ных частей породы