Глинистые породы и их свойства

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Глинистые породы

Глинистые породы - это пелитовые породы, которые на 50% и более сложены глинистыми минералами. Эти породы получили широкое распространение и составляют более 50% всех осадочных пород стратисферы. К ним относятся различные глины, аргиллиты, глинистые сланцы.

В основу классификации глинистых пород положены генезис, минеральный состав и их физико-химичекие свойства.

Среди глинистых пород выделяют 2 подгруппы:

1. глины - связные породы, размокающие в воде, пластичные, пористые (пористость может достигать до 50-60%,

2. аргиллиты и глинистые сланцы - сцементированные и метаморфизованные породы, плотные, слабо размокающие или совсем не размокающие в воде, не обладающие пластичностью.

Основными породообразующими минералами глинистых пород являются минералы группы каолинита (галлуазит); гидрослюд (вермикулит); монтмориллонита (бейделлит); смешанно-слойные образования. Последние представляют собой срастания глинистых минералов (Веавер,1959). Особенно распространены смешаннослойные образования в рядах гидрослюда-монтмориллонит, хлорит-вермикулит и, вероятно, каолинит-гидрослюда. Эти образования наряду с нормальным изоморфизмом определяют широкие колебания состава глинистых пород. Кроме того, в глинах присутствуют такие глинистые минералы как хлорит, сепиолит, палигорскит, а также оксиды и гидроксиды алюминия (гиббсит), глауконит, опал. Второстепенные минералы представлены кварцем, халцедоном, полевыми шпатами, слюдами. В виде новообразований в породах встречаются кальцит, доломит, сидерит, гипс, пирит, марказит, оксиды и гидроксиды железа и марганца и другие минералы. В химическом отношении они состоят из кремнезема более чем на 50%, включают глинозем от 20 до 50%, а также незначительное количество щелочей калия и натрия.

Глинистые породы относятся к полидисперсным образованиям и слагаются частицами разного размера, среди которых преобладают частицы диаметром не менее 0,005 мм. Кроме того, в различных количествах в них присутствуют частицы алевритовой и песчаной размерностей. По гранулометрическому составу выделяют: тонкодисперсные глины - с частицами менее 0,001 мм и крупнодисперсные - размер частиц может варьировать от 0,01 до 0,001 мм.

Выделяют два генетических типа глинистых пород: хемогенные и обломочные.

Хемогенные глины формируются в результате химического выветривания кристаллических пород.

Обломочные глины образуются при разрушении и переотложении коры выветривания, а также осадочных пород более древнего возраста.

Текстуры глинистых пород слоистые, неслоистые, массивные. Среди слоистых текстур преобладают горизонтально-слоистые; среди неслоистых - пятнистые, сетчатые, конгломератовидные, брекчиевидные. Для глинистых пород характерны определенные разновидности микротекстур - спутано-волокнистая, ориентированная, чешуйчатая.

В глинах наблюдаются следующие типы структур: пелитовая, алевро-пелитовая, псаммо-пелитовая, фито-пелитовая, ооидная (бобовая), сферолитовая, реликтовая, конгломератовидная, брекчиевидная.

Образование глинистых пород происходит в разнообразных условиях, но преимущественно в водной среде. Выделяют морские, дельтовые, лагунные, озерные, болотные, речные, элювиальные глинистые отложения.

Морские глинистые породы получили распространение в образованиях различного геологического возраста. Состав глинистых осадков определяется сносом с континента, подводной и прибереговой вулканической деятельностью и процессами постседиментационной переработки (Справочник по литологии, 1983). Глинистые отложения приконтинентальной части морей и океанов обычно полиминеральны и отражают состав взвесей, поступающих с прилегающего континента, а состав глинистого материала центральной части океана зависит от эолового заноса терригенного и вулканогенного материала, разноса течениями и преобразования пирокластики в диагенезе. Ископаемые глинистые морские отложения сложены гидрослюдой, хлоритом, каолинитом, монтмориллонитом в различных соотношениях. Кроме того, в породах присутствуют кварц, полевые шпаты, кальцит, слюды пелитовой размерности, а также обломки пород, имеющие алевритовую размерность. Эти породы характеризуются повышенным содержанием органического углерода (3-4%), что обусловливает наличие в глинистых породах высоких концентраций таких микроэлементов как ванадий, никель, молибден, уран, медь.

Среди глин морского генезиса встречаются мономинеральные, быстро разбухающие монтмориллонитовые глины, которые называются бентонитовыми или бентонитами.

Морские глинистые породы залегают в виде пластов различной мощности и осадочных толщ, мощность которых достигает нескольких сотен метров.

Дельтовые глинистые породы сложены преимущественно монтмориллонитом, каолинитом, редко гидрослюдой. В этих породах присутствует значительная примесь терригенного материала, выраженного частицами пелитовой и алевритовой размерности. В глинистых отложениях часто наблюдаются тонкие прослои, линзы обломочного песчано-алевритового материала, что, по-видимому, можно объяснить сезонным изменением режима рек, а также органическое вещество, часто обугленное.

Глинистые породы слагают пласты, мощность которых непостоянна и может варьировать от единиц до нескольких десятков метров.

Лагунные глинистые породы образуются преимущественно в условиях гумидного и аридного климатов. Среди них следует различать отложения опресненных и засолоненных лагун.

Глинистые породы опресненных лагун по минеральному составу представлены, в основном, гидрослюдой, хотя здесь же могут присутствовать каолинит и монтмориллонит. Для этих отложений характерно наличие значительного количества органического вещества гумусового и сапропелевого ряда, небольшая примесь обломочного материла и остатков пресноводной или морской фауны и флоры.

В засолоненных лагунах глины слагаются гидрослюдами, хлоритом, монтмориллонитом, присутствуют палыгорскит и сепиолит. Минеральные новообразования представлены кальцитом, доломитом, гипсом, ангидритом и другими минералами. Органический материал и фаунистические остатки отсутствуют. Глинистые лагунные отложения образуют геологические тела, имеющие удлиненную форму и ориентированные параллельно береговой линии. Их мощность составляет единицы - первые десятки метров.

Озерные глины по составу могут быть каолинитовыми, монтмориллонитовыми, гидрослюдистыми, хлоритовыми. В породах обычно присутствует примесь обломочного материала алевритовой размерности. Озерные глины встречаются сероцветные и красноцветные, все зависит от условий их образования, климатических особенностей. Глины в озерах гумидного климата имеют каолинитовый, гидрослюдисто-каолинитовый состав. Здесь присутствуют растительные остатки, стяжения карбонатов и сульфидов железа. В озерах аридного климата получили распространение преимущественно гидрослюдисто-монтмориллонитовые глины с примесью палыгорскита и сепиолита. Эти глины содержат аутигенные минералы - кальцит, доломит, гипс, ангидрит, и другие новообразования. Озерные глины залегают в виде линз и пластов небольшой мощности.

Ледниковые глины встречаются среди моренных отложений. Их называют валунными глинами. Глины плохо сортированы, в них присутствуют валуны, галька, щебень, дресва, песок, органические остатки не наблюдаются. По минеральному составу они гидрослюдистые, гидрослюдисто-хлоритовые. Среди ледниковых глин встречаются ленточные глины, характеризующиеся тонкой слоистостью.

Аллювиальные глины приурочены к поймам и дельтам. Эти глины характеризуются разнообразным минералогическим составом, зависящим от источника сноса. В породах присутствует значительное количество обломочных частиц алевритовой и песчаной размерности, а также растительный детрит, редко остатки пресноводной фауны. В реках гумидных областей встречаются каолинитовые глины. Аллювиальные глины залегают в виде пластов небольшой мощности, невыдержанных по простиранию.

Глины озерно-болотные сложены различными по составу аллотигенными глинистыми минералами. Кроме того, здесь присутствуют аутигенные минералы, которые представлены, в основном, каолинитом. В глинах присутствует значительное количество обугленного растительного детрита, тонкодисперсной органики, придающих породам цвет от темно-серого до черного. Для пород данного типа характерны железистые минералы: пирит и сидерит.

Глины элювиальные имеют разнообразный состав, где, как правило, преобладает один минерал. Кроме основных глинистых минералов в них присутствует значительное количество песчаного, алевритового, иногда более крупного материала. Образование глин происходит в областях теплого и умеренного гумидного климата, в континентальных условиях при механическом разрушении и химическом разложении горных пород разрушении. При этом в геологическом разрезе отмечается зональность, обусловленная постепенным переходом от подстилающих материнских пород, выраженных алюмосиликатами, до глинистых толщ. В качестве примеси в глинах присутствуют устойчивые к выветриванию такие минералы как кварц, мусковит, халцедон и другие. Породы неслоистые. В зависимости от интенсивности и продолжительности выветривания мощность элювиальных глин может изменяться от сантиметров до десятков метров.

2. Аргиллиты и глинистые сланцы

Аргиллиты - это сцементированные, плотные породы, не размокающие в воде (могут размокать только в тех случаях, когда в них присутствует разбухающий в воде минерал - монтмориллонит), не пластичные. Пористость в породах составляет от 10-12 до 1-2%. Окраска аргиллитов серая, зеленовато-серая, желтовато-серая, буроватая, коричневатая, иногда они пестро окрашены.

Среди аргиллитов наибольшее распространение получили гидрослюдистые и полиминеральные разности. Глинистые минералы в породах имеют обломочное или аутигенное происхождение. Для пород характерны слоистые, неслоистые, массивные текстуры. Основная структура - пелитовая. В качестве примеси в аргиллитах присутствуют кварц, полевые шпаты, реже хлорит, глауконит, кальцит, доломит, сидерит, опал, халцедон, окислы железа, различные акцессорные минералы, органическое вещество.

Глинистые сланцы представляют собой сланцеватые глинистые породы, не размокающие в воде, с незначительной пористостью (1-2%). Цвет их разнообразный: серый, темно-серый, часто пестрый. Сложены породы, в основном, гидрослюдами. В них отмечаются новообразования хлорита, серицита, вторичного кварца, кальцита, доломита. Текстура сланцев - сланцеватая. глинистый болотный минеральный аргиллит

Между осадочными и метаморфическими породами существуют переходные типы, к которым принадлежат аспидные, кровельные и филлитоподобные сланцы.

Аспидные сланцы - это плотные, сланцеватые породы, преимущественно темной окраски. Основным глинистым минералом, слагающим эти породы, является гидрослюда. Примеси в сланцах представлены хлоритом, серицитом, кварцем, кальцитом, доломитом, углистым веществом.

Кровельные сланцы - плотные, сланцеватые породы, имеющие серую, зеленовато-серую окраску. Их минеральный состав не отличается от аспидных и глинистых сланцев. Особенность этих сланцев состоит в том, что они обладают способностью раскалываться на плитки толщиной 3-5 мм.

Филлитоподобные сланцы - плотные, сланцеватые породы, в которых основными породообразующими минералами являются серицит, хлорит, кварц, карбонаты. Особенностью этих сланцев является наличие кливажа течения (параллельная ориентировка чешуйчатых минералов перпендикулярно направлению стресса) и кливажа разрыва.

Для глинистых пород характерно широкое распространение как в континентальных так и в морских отложениях различных геологических эпох. Каолинитовые глины известны среди образований докембрия, среднего палеозоя (Подмосковье), мела (Воронежская область) и палеогена (Украина). Наиболее крупные месторождения монтмориллонитовых глин встречаются в меловых и третичных отложениях геосинклинальных областей и близких к ним районов (Крым, Северный Кавказ, Средняя Азия). Значительно реже они известны в платформенных областях.

Глинистые породы имеют большое практическое значение. Области применения определяются их составом и свойствами. Пластичность и огнеупорность глин ведет к использованию их в качестве высокоогнеупорного, тугоплавкого и легкоплавкого сырья. Гидрослюдистые глины могут применяться для изготовления грубой керамики (строительный кирпич, черепица), канализационных труб, кислотоупорных изделий, в цементной промышленности.

Каолинитовые глины и каолины нашли применение в керамической (фарфорово-фаянсовой), огнеупорной, бумажной, мыловаренной, резиновой и косметической отраслях.

Монтмориллонитовые глины используются в пищевой и жировой промышленности для очистки растительных масел и жиров, фруктовых соков; в нефтяной промышленности для очистки нефтяных растворов.

3. Обломочные породы смешанного состава

Существуют переходные породы, в которых присутствуют песчаный, алевритовый и глинистый материал в различных количествах. Такие породы принято называть суглинками и супесями. Это - связные породы благодаря сцеплению между частицами и незначительной цементации.

Классифицируются смешанные породы на основании двух признаков: 1. содержания песка, алеврита, глины и 2. по степени пластичности (число пластичности).

Породы, содержащие глинистых частиц более 30%, относятся к глинам; от 30 до 10% - к суглинкам; от 10 до 5% - к супесям; менее 5% - к алевритам или пескам. В зависимости от содержания песчаных и алевритовых частиц они называются суглинками, супесями или алевритовыми суглинками и супесями (когда алевритовых частиц больше, чем песчаных).

Глины характеризуются числом пластичности более 22, суглинки - 22-10, супеси - 10-0).

В породах смешанного состава аллотигенные минералы представлены кварцем, полевыми шпатами, слюдами, глинистыми минералами, второстепенные и акцессорные - глауконитом, обломками горных пород, цирконом, турмалином, гранатом, магнетитом, гематитом, аутигенные - кальцитом, гидрослюдой, монтмориллонитом, реже каолинитом, окислами и гидроокислами железа, гипсом.

Структуры смешанных пород алевро-пелитовые, псаммо-пелитовые, псаммо-алевро-пелитовые и другие, в зависимости от процентного содержания материала. Текстуры пород - слоистые и неслоистые. Среди последних отмечают землистые, пятнистые и другие.

Суглинки и супеси - полиминеральны и полидисперсны. В делювиальных суглинках и супесях присутствуют обломки горных пород. Некоторые ученые называют их мусорными породами (Пустовалов, 1940), а также паттумами (Попов, 1954).

Месторождения суглинков и супесей встречаются повсеместно в европейской части России, Западной Сибири, Средней Азии и других регионах.

Суглинки и супеси применяются для изготовления строительного кирпича, получения легкого наполнителя бетона - керамзита. Тяжелые суглинки используются при производстве грубой керамики - гончарной посуды, канализационных труб, метлахской плитки.

Размещено на Allbest.ru