Осадочные породы
Осадочные породы образуются в результате переотложения продуктов разрушения и выветривания различных горных пород, а также в результате механического и химического выпадения осадка из воды, жизнедеятельности растений.
Состав статьи:
〉 Общая характеристика осадочных пород.
〉 Главные породообразующие минералы.
〉 Осадочные обломочные породы.
〉 Осадочные хемогенные породы.
〉 Осадочные органогенные породы.
Осадочные породы находятся в термодинамических условиях, которые характерны для поверхностей части земной коры. Осадочные породы образуются в результате переотложения продуктов разрушения и выветривания различных горных пород, а также в результате механического и химического выпадения осадка из воды, жизнедеятельности растений.
Читай далее на http://stroivagon.ru классификация горных пород
В результате воздействия агентов химического выветривания происходит окисление минералов, их гидратация, а также разложение минералов сложного состава с образованием новых минеральных видов и выносом в растворенном состоянии различного рода соединений. В качестве примера подобного рода процессов рассмотрим схему разложения полевых шпатов под воздействием воды и растворенной в ней углекислоты.
На первом этапе химического выветривания полевые шпаты переходят в глинистые минералы типа гидрослюды
6К [AlSi3O8] + 2С02 + n Н20 = 2KAl2, [AlSi3O10] (ОН)2, х n Н2O + 2К2С03 + 12Si02
При более глубоком разложении образуется другой глинистый минерал — каолинит
4К [AlSi3O8] + 2С02 + 4Н2O = Al4 [Si4O10] (ОН)8 + 2К2С03 + 8Si02
Преобладающая часть продуктов выветривания выносится из зоны выветривания и отлагается вдали от места разрушения материнских пород. Основными агентами переноса являются текучие воды, движущийся лед и ветер. Процессы переноса и отложения осадочного материала неразрывно связаны и составляют единую стадию осадкообразования — седиментогенез. При разрушении материнских пород, а также при последующем переносе и отложении осадочного материала происходит его разделение (дифференциация) по размеру частиц, плотности и химическому составу. В результате этого в бассейнах конечного стока отлагается не пестрая смесь всевозможных компонентов, а происходит их раздельное накопление, что обусловливает формирование осадков определенного состава.
По классификации В. И. Лучицкого, осадочные породы в зависимости от условий их образования делят на следующие три основные группы: 1) обломочные породы, или механические осадки: а) рыхлые (например, гравий, глины, пески), оставшиеся на месте разрушения пород или перенесенные водой, а также льдом (ледниковые отложения) или ветром (эоловые отложения); б) сцементированные (песчаники, конгломераты, брекчии); 2) химические осадки (например, гипс и известковые туфы), образовавшиеся из продуктов разрушения пород, перенесенных водой в растворенном виде; 3) органогенные породы, образовавшиеся из остатков некоторых водорослей и животных (скелеты губок, кораллов, раковины и панцири ракообразных и др.); к органогенным породам относятся мел, большинство известняков, диатомиты.
Кроме обломочных рыхлых пород встречаются также породы (конгломераты, брекчии, песчаники), зерна которых сцементированы различными природными «цементами». Эти цементы находились в растворенном или коллоидном состоянии в воде и выпали в толще рыхлых осадков, сцементировав их зерна в сплошные горные породы различной плотности.
Большинство осадочных пород имеет более пористое строение, чем плотные магматические породы, а следовательно, и меньшую прочность. Некоторые из них сравнительно легко растворяются (например, гипс) или распадаются в воде на мельчайшие нерастворимые частицы (например, глины).
В составе осадочных пород можно выделить две различные по своему происхождению группы минералов: 1) реликтовые и 2) минералы осадочного происхождения. К первой группе относят минералы магматические и метаморфические; обычно зерна этих минералов окатаны, ко второй — минералы, образовавшиеся на месте в осадке или в породе.
Породообразующие минералы
Группа кремнезема. Наиболее распространенные минералы этой группы — опал, халцедон и осадочный кварц.
Опал (SiO2•nН2О) — аморфный минерал, содержание воды в нем колеблется от 2 до 14% и достигает иногда 34%- При нагревании часть воды теряется. Опал чаще всего бесцветен или молочно-белый, но в зависимости от примесей может быть желтым, голубым или черным. Плотность 1,9 — 2,5 г/см³, максимальная твердость 5 — 6, хрупок.
Халцедон (SiO2) является волокнистой или скрытокристаллической разновидностью кварца. Цвет белый, серый, светло-желтый, бурый, зеленый. Плотность 2,6 г/см3, твердость 6. Халцедон является продуктом кристаллизации опала, а также выпадает непосредственно из растворов, отлагаясь совместно с опалом и кварцем.
Кварц (SiO2). В осадочных породах присутствует кварц магматического происхождения и кварц осадочный. Осадочный кварц отлагается непосредственно из растворов, а также образуется в результате перекристаллизации опала и халцедона. Он широко распространен в кремнистых породах, заполняет трещины, поровые пространства и другие полости в песчаниках и известняках.
Группа карбонатов. Минералы группы карбонатов имеют широкое распространение в осадочных породах. Наиболее важную роль в них играют кальцит, доломит и магнезит.
Кальцит (СаСОз). Бесцветный или белый, при наличии механических примесей серый, желтый, розовый или голубоватый минерал. Блеск стеклянный. Плотность 2,7 г/см3, твердость 3. Характерным диагностическим признаком является растворимость с бурным вскипанием в 10%-ной соляной кислоте.
Разновидность карбоната кальция называется арагонитом. В условиях земной поверхности арагонит неустойчив и переходит в кальцит.
Доломит [CaMg(C03)2] — бесцветный, белый, часто с желтоватым или буроватым оттенком минерал. Блеск стеклянный. Плотность 2,8 г/см³, твердость 3 — 4. В 10%-ной соляной кислоте вскипает только в порошке и при нагревании. Доломит обычно мелкозернист, крупные кристаллы встречаются редко. Образуется он либо как первичный химический осадок, либо в результате доломитизации известняков. Минерал доломит слагает породу того же названия. Применяется в качестве сырья для производства магнезиальных и доломитовых вяжущих веществ, доломитовых огнеупорных материалов, а также в качестве строительного камня и щебня для бетона.
Магнезит (MgCO3) — бесцветный, белый, серый, желтый, коричневый минерал. Плотность 3,0 г/см³, твердость 3,5 — 4,5. Растворяется в НСl при нагревании. Применение магнезита основано на высокой огнеупорности и вяжущих свойствах окиси магния. Магнезит, обожженный при 1500 — 1650°С, представляет собой высокоогнеупорный материал, применяющийся для изготовления магнезитового кирпича, а обожженный при 750 — 800°С дает окись магния (каустический магнезит) и образует с растворами хлористого или сернокислого магния магнезиальное вяжущее.
Группа глинистых минералов. Глинистые минералы играют в составе осадочных пород исключительно важную роль. Они слагают глины, а также могут находиться в качестве примеси в песчаниках, алевролитах, известняках и многих других породах, существенно изменяя их физико-химические свойства. Минералы этой группы относятся к водным алюмосиликатам. Наиболее широкое распространение имеют каолинит, монтмориллонит и гидрослюды.
Каолинит — Al4[Si4О10] (OH)8 или Al2O3 • 2SiO2 •2H2O. Белый, иногда с буроватым или зеленоватым оттенком минерал. Плотность его 2,6 г/см3, твердость 1. На ощупь жирный. Встречается в виде мелоподобных плотных агрегатов. Каолинит образуется в результате разложения полевых шпатов, слюд и некоторых других силикатов в процессе их выветривания и переноса продуктов разрушения. На земной поверхности устойчив в условиях кислой среды. Каолинит слагает каолиновые глины, входит в состав полиминеральных глин, иногда присутствует в цементе обломочных пород.
Гидрослюды образуются при разложении слюд и некоторых других силикатов (например, полевых шпатов).
Гидрослюды используют в строительстве; например, вермикулит, обладающий свойством увеличиваться при нагревании в 20 и более раз, применяется как пористый заполнитель легкого бетона.
Монтмориллонит образуется в условиях щелочной среды в морских осадках и в коре выветривания. Слагает бентонитовые глины, иногда служит цементирующим материалом в песчаниках. Минералы группы монтмориллонита широко распространены в осадочных породах, а в некоторых глинах играют роль главных породообразующих. Примеси глинистых минералов в известняках и песчаниках нежелательны, так как содержание уже 3 — 4% глины резко понижает их водостойкость и морозостойкость.
Группа сульфатов. Наиболее распространенными минералами этой группы являются гипс и ангидрит.
Гипс СаSO4 •2Н2О представляет собой скопление белых или бесцветных кристаллов, иногда окрашенных механическими примесями в голубые, желтые или красные тона. Блеск стеклянный. Плотность 2,3 г/см³, твердость 2. Для гипса, развивающегося в пустотах и трещинах, характерно волокнистое строение и шелковистый блеск. Иногда гипс встречается в виде тонкозернистых и землистых агрегатов, а также слагает цемент песчаника. Гипс применяют в производстве вяжущих веществ: строительного и формовочного гипса и др.
Ангидрит CaSO4 — белый, серый, светло-розовый, светло-голубой минерал. Блеск стеклянный. Плотность 3 г/см³, твердость 3 — 3,5. Как правило, встречается в виде сплошных мелкозернистых агрегатов; крупные кристаллы образуются редко, они обычно имеют таблитчатый, игольчатый или призматический облик.
Красиво окрашенные ангидрит и гипс иногда применяют как облицовочный материал для внутренних отделок зданий, а после пропитки водостойкими эмульсиями и для наружных отделок. Ангидрит используют для производства вяжущих веществ. Гипс и ангидрит слагают породы того же названия, широко распространенные в соленосных отложениях.
Органические остатки в осадочных породах. Осадочные породы нередко содержат органические остатки животного и растительного происхождения, сложенные кремнистым или известковым веществом.
Наиболее важными по своим строительным свойствам из групп пород биохимического происхождения являются диатомиты, сложенные остатками диатомей. Диатомовые водоросли — мельчайшие одноклеточные растения, заключенные в тонкий пористый панцирь, состоящий из опала. Встречаются преимущественно в кремнистых и глинисто-кремнистых породах.
Вулканогенный материал в осадочных породах представлен обломками вулканического стекла (вулканический пепел), размеры которых колеблются от 0,01 до 1 мм и характеризуются остроугольными причудливо изогнутыми формами (рис.1).
Рисунок-1. Форма пирокластических обломков вулканического стекла (размер в мм)
Структура осадочной породы определяется размером и формой ее минеральных компонентов, текстура — их взаимным расположением и ориентировкой в пространстве. Структура и текстура характеризуют строение породы. Наиболее характерной особенностью строения осадочных пород является их слоистость. В том случае, когда слоистость отсутствует, текстуру называют беспорядочной, так как частицы располагаются в ней без всякой ориентировки. Беспорядочная текстура характерна для песков и грубообломочных пород.
Обломочные горные породы
Осадочные обломочные породы называются такие горные породы, в составе которых преобладает обломочный материал.Породы рассматриваемой группы сложены преимущественно зернами устойчивых при выветривании минералов и горных пород. В грубообломочных породах преобладают обломки крупнее 1 мм.
Грубообломочные рыхлые породы делят на несколько типов в зависимости от размеров и формы обломочных частиц (табл. 1).
Таблица-1.Классификация грубообломочных пород
Песчаные породы состоят из обломочных зерен размером 0,1 — 1 мм.
Алевритовые породы слагаются обломочными частицами размером 0,1 — 0,01 мм.
Рыхлые разности песчаных пород называют песками, алевритовых — алевритами; сцементированные породы — соответственно песчаниками и алевролитами.
Термины «алеврит» и «алевролит» предложены А. Н. Заварицким и являются в настоящее время общепринятыми.
Песчаные и алевритовые породы классифицируются по размерам и минеральному составу обломочных зерен (табл. 8).
Таблица-2. Классификация песчаных и алевритовых пород по гранулометрическому составу
Зависимость прочности пород от их гранулометрического состава показана на примере молодых песчаников долины верхнего Амура (табл. 9).
Наиболее распространены кальцитовый, опаловый, глинистый природные цементы.
Обломочные породы с кремнистым (опаловым) цементом наиболее прочны и устойчивы против выветривания. Сравнительно высокой прочностью характеризуются породы с карбонатным цементом.
Таблица-3. Изменение предела прочности песчаников при сжатии в зависимости от их гранулометрического состава (по Н. С. Красиловой)
Рыхлые обломочные породы — песок и гравий — применяют в качестве заполнителей для бетона, в дорожном строительстве, для железнодорожного балласта. Пески служат компонентом сырьевой смеси в производстве стекла, керамических изделий и др. Песчаные породы широко используют при возведении намывных плотин, дамб и др.
Большинство песчаников относятся к плотным, тяжелым и теплопроводным каменным материалам. Поэтому их применяют для кладки фундаментов, стен неотапливаемых зданий, ступеней, тротуаров, в качестве бутового камня, для изготовления огнеупорного кирпича — динаса. Алевритовые породы находят меньшее применение: лёсс используют для изготовления аглопорита. Водостойкие алевролиты употребляют как строительный камень.
Глинистые породы сложены более чем на 50% частицами мельче 0,01 мм, причем не менее 25% из них имеют размеры меньше 0,001 мм. Они характеризуются сложным минеральным составом. Кроме этого, глинистые породы могут содержать обломочные зерна кварца, полевых шпатов, слюд, а также гидроокислы, карбонаты, сульфаты и прочие минералы. Наличие обломочной примеси оказывает существенное влияние на степень пластичности глины.
За основу минералогической классификации глинистых пород принимается состав глинистых минералов.
Каолиновые глины сложены минералом каолинитом. Обычно эти глины окрашены в светлые тона, жирные на ощупь, они малопластичны, огнеупорны. Их разновидность — сухарные глины.
Монтмориллонитовые глины белого, светло-серого или желтовато-зеленоватого цвета, жирные на ощупь. Имеется две разновидности монтмориллонитовых глин — бентониты и флоридины. Для первых характерно увеличение в объеме при поглощении воды в 40 раз. Гидрослюдистая глина увеличивается в 9 раз и каолиновая не более чем в 3 раза. Флоридиновые глины обладают высокой адсорбционной способностью.
Полимиктовые глины характерны наличием двух или нескольких минералов, причем ни один из них не является преобладающим. Они окрашены в бурые, коричневые, серые или зеленоватые тона. Обычно содержат значительное количество песчаной и алевритовой примеси и различные карбонаты, сульфаты, сульфиды, гидроокислы железа и т. п.
Глины находят большое применение. Каолиновые глины являются огнеупорными и их широко используют в керамической промышленности. Гидрослюдистые глины и глины полимиктового состава применяют для изготовления кирпича, грубой керамики и других изделий. Глины являются также компонентом сырьевой смеси в производстве цемента. Глины используют как строительный материал при возведении земляных плотин (экраны и пр.).
Хомогенные осадочные породы
Хемогенные породы. Среди пород химического происхождения наиболее важными в строительном деле являются карбонатные, сульфатные и аллитовые породы.
В породах химического происхождения наиболее распространены такие минеральные образования, . как оолиты и сферолиты. Оолиты — минеральные образования округлой или эллипсоидной формы, характеризующиеся концентрически-слоистым строением. Размеры оолитов до 2 мм (рис. 2).
Рисунок-2. Оолиты
Сферолиты представляют собой кристаллические агрегаты, состоящие из тонких игольчатых кристаллов, расположенных радиально вокруг центра кристаллизации.
Важным структурным признаком для группы химических и биохимических пород является форма и размер зерна. По размеру зерен различают структуры кристаллически-зернистые (размер зерен более 0,01 мм) и скрытокристаллические (размер зерен менее 0,01 мм).
Карбонатные породы. Наиболее распространенными карбонатными породами являются известняки и доломиты. Известняк — порода, сложенная более чем на 50% кальцитом; доломит — порода, состоящая более чем на 50% из доломита. В зависимости от количественного соотношения в породе кальцита и доломита наблюдаются постепенные переходы от чистых известняков к чистым доломитам (табл. 4).
Таблица-4. Классификация известково-доломитовых пород (по С. Г. Вишнякову)
Количество глинистой примеси в карбонатных породах может колебаться в широких пределах. Порода, характеризующаяся приблизительно равным содержанием карбонатного и глинистого материала, называется мергелем. Переходные разности карбонатно-глинистых пород показаны в табл. 11.
Таблица-5. Классификация карбонатно-глинистых пород (по С. Г. Вишнякову)
Наличие примесей оказывает большое влияние на физико-механические свойства карбонатных пород. Глинистое вещество при увлажнении понижает прочность известняков. Кремнезем уменьшает растворимость известняков и повышает их прочность. Доломитизированные известняки характеризуются меньшей растворимостью и большей прочностью по сравнению с известняками, не затронутыми процессами доломитизации. Примеси гипса, ангидрита и других легкорастворимых солей весьма нежелательны.
Пористость плотных известняков не превышает десятых долей процента, а рыхлых достигает 15 — 20%. Окраска известняков зависит от примесей и может быть различной: белой, желтоватой, бурой, серой, темно-серой до черной. Среди известняков, образовавшихся химическим путем, выделяют хемогенные известняки, состоящие из кальцита, отложившегося в осадок чисто химическим путем. Такими образованиями являются оолитовые известняки (рис. 29), известковые туфы, а также некоторые микрозернистые известняки.
По внешнему виду доломиты похожи на известняки. Цвет доломитов белый, желтовато-белый, светло-бурый. Для них характерны микрозернистые и кристаллически-зернистые структуры. По макроскопическому строению М. С. Швецов выделил пять разновидностей доломитов: 1) микрозернистые; 2) с песчаниковидным изломом; 3) крупнозернистые; 4) мелкопористые и 5) доломитовая мука.
Благодаря широкому распространению, легкой добыче и обработке обыкновенные известняки, доломитизированные известняки и доломиты применяют в строительстве чаще, чем другие породы. Их используют в виде бутового камня для фундаментов, стен неотапливаемых зданий или жилых домов в районах с теплым климатом, а наиболее плотные породы применяют в виде плит и фасонных деталей для наружных облицовок зданий. Известняковый щебень часто используют в качестве заполнителя для бетона. Наконец, известняки широко применяют как сырье для получения вяжущих веществ — извести и цемента. Доломиты используют для получения вяжущих и огнеупорных материалов в цементной, стекольной, керамической и металлургической промышленности.
Сульфатные породы. Сульфатные породы состоят из сульфатных соединений, выпадающих в осадок в случае увеличения их концентрации в природных водах. Гипсовые и ангидритовые породы, как раньше упоминалось, слагаются одноименными минералами — гипсом и ангидритом, которые в природных условиях в результате гидратации и дегидратации переходят друг в друга. Ангидрит отличается от гипса большей твердостью. Обычно он имеет светлые цвета — белый, зеленоватый, светло-серый, серовато-голубоватый. Гипс и ангидрит служат сырьем для получения вяжущих веществ, иногда их применяют в виде облицовочных изделий.
Аллитовые породы характеризуются высоким содержанием глинозема. В этой группе выделяют две главные породы: бокситы и латериты.
Бокситы. Породообразующими минералами бокситов являются гидроокислы алюминия (гиббсит и диаспор). Бокситы характеризуются большим разнообразием внешнего вида. Они могут быть мягкими, рыхлыми, похожими на глину и плотными с раковистым изломом. Пластичностью бокситы не обладают. Окраска обусловлена наличием гидроокислов железа. Чаще она бывает красная, бурая, коричневая, зеленовато-серая. Используют для производства алюминия, искусственных абразивов, огнеупоров, в качестве адсорбента при очистке нефтепродуктов.
Латериты состоят в основном из каолинита и гидроокислов железа, в меньшем количестве в них входят гидроокислы алюминия. Цвет их красный, бурый или желтый. Высокая стойкость против выветривания позволяет использовать их в качестве строительного материала.
Органогенные породы
К осадочным органогенным породам относятся биогенные кремнистые породы и органогенные известняки. В породах биогенного происхождения выделяют структуры биоморфную (цельнораковинную) и органогенно-детритовую (порода сложена обломками раковин). Значительно реже встречается органогенно-обломочная структура, которая возникает в том случае, когда обломки раковинок вследствие переноса приобретают окатанную форму.
Кремнистые породы (силициты) сложены осадочным кремнеземом (опалом, халцедоном, кварцем). По морфологическому признаку выделяют пластовые и конкреционные кремнистые породы.
Главными разновидностями пластовых кремнистых пород являются диатомиты, радиоляриты, спонголиты, трепелы, опоки и яшмы. Диатомиты — легкие светлые тонкопористые породы, состоящие из опаловых скелетов диатомовых водорослей. Радиоляриты сложены опаловыми скелетами радиолярий, по внешнему виду они не отличаются от диатомитов. Спонголиты состоят преимущественно из опаловых спикул губок. Трепелы и опоки белые или серые, очень легкие, похожи на каолиновую глину или мел и состоят из опала, реже халцедона. Яшмы — массивные плотные неравномерно окрашенные породы с характерным раковистым изломом, состоят они из халцедона или мелкозернистого кварца с постоянной примесью тонкорассеянных гидроокислов железа.
Конкреционные кремнистые породы встречаются значительно реже. Желваки или конкреции, сложенные осадочным кремнеземом, называются кремнями. Кремни могут быть рассеяны в различных породах — известняках, песчаниках, глинах.
Для кремнистых пород характерно водно-осадочное происхождение. Кремнезем, образовавшийся в результате химического выветривания магматических пород, а также при вулканических извержениях, поступал в водоемы (морские, реже озерные) и отлагался там благодаря коагуляции коллоидных растворов или в результате жизнедеятельности организмов, потреблявших его для построения скелетов.
Кремнистые породы находят разнообразное практическое применение. Яшмы используют как декоративный камень и в строительстве. Диатомиты, трепелы, опоки применяют для производства теплоизоляционных материалов, в виде минеральных добавок к вяжущим веществам (воздушной извести, портландцементу).
Органогенные известняки могут быть сложены целыми раковинами или обломками раковин различных морских беспозвоночных, а также остатками известковых водорослей. Органогенные известняки иногда слагают рифы. Рифостроящими организмами являются преимущественно известковые водоросли, кораллы и др.
Разновидность органогенных известняков — мел. Это микрозернистая слабосцементированная порода белого цвета.
Известняки-ракушечники применяют в строительстве. Способность легко распиливаться, небольшая объемная масса (от 800 до 1800 кг/м3), малая теплопроводность — все это позволяет уменьшать толщину наружных стен зданий по сравнению с кирпичными, что снижает стоимость строительства.
В Молдавии, Одесской области, ряде районов Крыма, Азербайджана органогенные известняки-ракушечники являются распространенным материалом для кладки стен; наиболее же плотные разновидности известняков используют для кладки фундаментов, наружной (отчасти и внутренней) облицовки стен, а щебень применяют как заполнитель для бетона.
Добавить комментарий