Осадочные горные породы

Осадочные породы слагают самые верхние слои земной кроры, покры­вая своеобразным чехлом магматические и метаморфические горные по­роды. Несмотря на то, что осадочные породы составляют всего 5 % земной коры, земная поверхность на 75 % своей площади покрыта именно ими. Строительство производится в основном на осадочных поро­дах. Поэтому осадочным породам инженерная геология уделяет особое внимание.

Образование осадочных горных пород связано с экзогенными процессами, протекающими на поверхности земли и в гидросфере.

Инженерно-геологические свойства осадочных горных пород нахо­дятся в непосредственной зависимости от особенностей их состава, строения и состояния. Эти свойства складываются в результате литогенеза – совокупности геологических процессов, определяющих современный состав, строение, состояние и свойства осадочных горных пород.

Процессы литогенеза условно подразделяют на ряд стадий:

– гипергенез (выветривание) – разрушение пород, образование новых минералов, обломков минералов и пород, коллоидных и истинных растворов;

– седиментогенез (стадия образования осадка) – перенос ветром, водами, льдами, организмами и отложение материала;

– диагенез – превращение осадка в осадочную породу в процессе уплотнения и физико-химического уравновешивания среды;

– катагенез – начальные изменения осадочной породы под влиянием возрастающих температур и давления, иногда под воздействием водных растворов и газов;

– метагенез – глубокие изменения осадочной породы (образование метаморфизированных осадочных пород) – начальная стадия метаморфизма;

– и снова гипергенез – дезинтеграция образовавшихся пород при изменении условий (поднятия осадочной толщи), т.е. переход к литогенезу новой осадочной породы.

Осадочные породы приобретают ряд особенностей, которые проявляются в составе, структурах, слоистости, пористости, в содержании органических остатков и в зависимости от климата.

Минеральный и химический состав осадочных горных пород представляет алюмосиликаты, карбонаты, оксиды, сульфаты и др.

Структуры разнообразны: обломочные, брекчиевидные и др. Большей частью осадочные горные породы имеют высокую пористость.

Многие из них имеют высокую слоистость и залегают пластами , которые обычно ограничены с двух сторон четко выраженными поверхностями (плоскостями ) напластования. Верхнюю плоскость называют кровлей , нижнюю – подошвой, а расстояние между ними – мощностью слоя (пласта).

Наибольшей мощностью пластов обладают морские отложения (до сотен и даже тысяч метров). Континентальные образования четвертичной системы, залегающие непосредственно под слоем почвы, имеют небольшую мощность – 10…50 м.

Комплекс слоев, объединенных сходством состава или возраста, или один слой, но значительной мощности нередко называют толщей. Слои образуются в процессе накопления осадков в морях, озерах, долинах рек. Это обусловливает образование слоев различной формы как по размеру в плане, так и по очертаниям по вертикали. Наиболее обычным является нормальный слой, для которого характерна сравнительно большая мощность и протяженность, параллельность кровли подошве. Для континентальных отложений характерны также линзы – слои, занимающие малые площади с вклиниванием мощности к краям слоя, и выклинивающиеся слои, мощности которых уменьшаются в одну сторону.

Важное практическое значение для инженерной геологии представляет сочетание слоев (рис.. При согласном залегании слои лежат параллельно друг другу, чаще всего они характерны равнинам. В других случаях за счет тектонических движений земной коры возникает несогласное залегание слов. Одна группа слоев при этом залегает не параллельно другой группе.

Формы залегания слоев в осадочных горных породах: 1 – нормальные слои. 2 – линза глины в песке. 3 – выклинивван6ие галечника в песке. 4 – несогласное залегание слоев. 5 – кровля слоев. 6 – ложе. h – мощность слоя

Климатические условия значительно влияют на состав и свойства осадочных горных пород. В пустынях образуются породы обломочного характера, в замкнутых бассейнах накапливаются отложения солей. Породы тропиков обладают красноватой окраской, холодному климату свойственны серые тона.

Осадочные породы принято подразделять на три основные группы: обломочные, хемогенные и органогенные. Деление это условное, так как многие породы имеют смешанное происхождение.

Обломочные породы . Обломочные горные породы являются наиболее распространенными в осадочных породах. Они представляют собой рыхлые или сцементированные механические осадки. Классификация обломочных пород основана на величине обломков (табл.). Примерный разрез обнажения горных пород приведен на рис. 9.

Обнажение горных пород: Слой 1 – суглинки светло-коричневого цвета, плотные, с призматической отдельностью. Слой 2 – Суглинки красно-бурого цвета с включением валунов и галек кристаллических и метаморфических пород, беспорядочно разбросанных в толще суглинков. Слоистости не наблюдается. Слой 3 – Пески кварцевые светло-коричневого цвета, мелко- и среднезернистые, местам ожелезненные с четко выраженной косой и диагональной слоистостью. Слой 4 – Галечник с грубой зернистостью. В состав входят кристаллические породы (гранит, сиенит, гнейс, кварцит) и кварц. Слой 5 – Пески кварцевые, грубозернистые, желто-бурого цвета, влажные, с горизонтальной слоистостью. Слой 6 – Глины черные, сильнослюдистые, влажные, пластичные, с редкими включениями фосфоритов

Классификация обломочных пород

К глинистым грунтам относятся породы, у которых содержание глинистых частиц превышает 3 %. Эти грунты имеют пластинчатую форму, обладают хорошо выраженными пластическими свойствами и способностью к набуханию в воде. По петрографии глинистые грунты можно разделить на глины, суглинки и супеси. Глины содержат глинистых частиц более 30 % и могут достигать 60 %. Суглинки содержат глинистых частиц 10…30 %. В супесях глинистых частиц содержится 3…10 %. В песках содержание глины не превышает 3 %. Породы, состоящие из гальки и гравия, отличаются значительной водопроницаемостью и практически несжимаемы.

Хемогенные породы . Подавляющее количество хемогенных пород образуются на дне водных бассейнов, обладающих в условиях сухого климата повышенной концентрацией солей. К ним относятся известняки, известковый туф, доломит, ангидрит, гипс, каменная соль и др. Каменная соль является наибольшей растворимостью в воде. Гипс и ангидрит относятся с среднерастворимым породам. Менее всего растворимостью обладают доломит и известняк. Несмотря на малую растворимость хемогенных пород вода способна образовывать в их толщах большие каверны и пещеры. Эти образования называются карстовыми и могут достигать больших размеров (длиной на многие километры). Наиболее распространенными хемогенными породами являются известняки, главной составляющей которых является кальцит. Известковые туфы образуются в местах выхода родников. Вода, выходя на поверхность, теряет часть СО 2 , что сопровождается уменьшением растворимости СаСО 3 и его выпадением в виде пористой ноздреватой породы, не обладающей слоистостью. Доломиты являются мономинеральной горной породой. Сульфаты (гипс и ангидрит) также являются мономинеральными горными породами и обладают свойствами соответствующих минералов.

Органогенные породы образовались в результате накопления остатков живых организмов и растений. Они делятся на две группы: зоогенные (известняк-ракушечник, мел и др.) и фитогенные (диатомит, трепел, опока, торф, асфальты). Известняк-ракушечник наиболее распространен в Европейской части России. В его составе преобладает СаСО 3 . Мел также состоит в основном из СаСО 3 . Он образовался из панцирей корненожек. Под действием воды мел способен растворяться. В сухом состоянии может быть неплохим основанием сооружений. Диатомит является фитогенной породой, содержащей до 95 % кремнезема. Трепел отличается от диатомита малым содержанием неизмененных органических остатков. Опока является кремнистой породой, содержащей до 10 % панцирей водорослей и остатков организмов с примесью глины. Также может служить основанием для сооружений.

Все осадочные горные породы подразделяются на обломочные, глинистые, хемогенные, органогенные и смешанные. Обломочные осадочные горные породы образуются за счет накопления продуктов механического разрушения ранее существовавших пород. Глинистые породы на 50 % и более состоят из глинистых минералов и тонкодисперсного материала

(частиц размером < 0,01 мм) - пелита. Группу хемогенных составляют породы, образовавшиеся в результате выпадения веществ из истинных и коллоидных водных растворов осаждение их чаще всего происходит в лагунах, озерах. В группу органогенных выделяют продукты жизнедеятельности организмов, главным образом скелетные остатки морских, реже пресноводных беспозвоночных. Смешанное происхождение имеют осадочные породы, состоящие из обломочного и какого-либо другого материала (химического или органического происхождения).

Обломочные и глинистые породы.

Эти породы наиболее распространены среди осадочных пород, по величине слагающих обломков различаются грубообломочные, песчаные, алевритовые и пелитовые обмолочные породы. Глинистые породы по происхождению занимают промежуточное положение между чисто химическими и обломочными породами. При классификации обломочных пород учитываются не только размер обломков, но и их форма (окатанные или неокатанные), а также наличие или отсутствие цементирующего материала. Грубые обломки накапливаются вблизи разрушающихся горных пород. По мере удаления встречаются среднеобломочные (песчаные), мелкообломочные (алевритовые) и тонкообломочные (пелитовые) породы. Из обломочных и глинистых пород в нефтегазоносных районах наиболее распространены песчаники, алевролиты и глины. Песчаники представляют собой сцементированные пески. По минеральному составу они могут быть кварцевыми (зерна кварца составляют не менее 95 % массы породы), аркозовыми (преобладают зерна кварца и полевых шпатов) и полимиктовыми (зерна различных минералов).

В качестве цементирующего материала в песчаниках присутствуют соединения железа (железистый цемент), кремния (кремнистый цемент), кальция (известковистый цемент), а также глина (глинистый цемент). Цвет песчаников чаще всего желтоватый, серый. В зависимости от размеров зерен песчаники подразделяются на крупнозернистые (1-0,5 мм), среднезернистые (0,5-0,25 мм) имел козернистые (0,25-0,1 мм). Песчаный материал, из которого образуются пески и песчаники, может накапливаться в морских и озерных водоемах, в руслах рек и т.д. Алевролиты по минеральному составу чаще всего полимиктовые, цвет серый, цемент кремнистый, известковый, глинистый. Алевритовый обломочный материал, из которого образуются алевролиты, чаще всего накапливается на дне озерных и морских бассейнов, в зоне слабоподвижных вод, между областями накопления песчаных и глинистых толщ. по размеру зерен алевролиты подразделяются на крупнозернистые (0,1-0,05 мм), среднезернистые (0,05-0,025) и мелкозернистые (0,025-0,01).

Глины состоят из частиц размером < 0,01 мм, причем свыше 30 %: обычно составляют частицы размером < 0,001 мм. цвет глин серый, пепельный, коричневый, черный. В их составе кроме обломочного материала (мельчайших зерен кварца, полевых шпатов, слюд и др.), образовавшегося в результате физического разрушения горных пород, в большом количестве присутствуют так называемые глинистые минералы (каолинит, монтмориллонит, гидрослюды и др.). Глинистые минералы - продукты химического разложения магматических пород основного состава в условиях, близких к атмосферным. Эти продукты разложения (выветривания) выносятся текучими водами, откладываются в морях, озерах и реках и затем превращаются в глинистые породы. Некоторые из них весьма плотные и твердые (аргиллиты) и не размокают в воде, другие же при смачивании водой становятся пластичными. Наибольшей пластичностью отличаются монт-мориллонитовые глины, встречающиеся редко. Самые распространенные - гидрослюдистые глины.

Хемогенные породы.

В эту группу пород включают известняки, доломиты, каменную соль, ангидриты, гипс и другие мономинеральные породы, состоящие из минерала того же названия, что и порода. Характерная их особенность - отсутствие органических остатков. Образуются они в результате выпадения солей из водных растворов. Известняки - горные породы, содержащие не менее 70 % сас03. Зерна кальцита видны невооруженным глазом (в известняках кристаллического строения) или под микроскопом (в скрытокристаллических или пелитоморфных разностях). Нередко в известняках присутствуют в виде примесей глинистые, алевритовые и песчанистые частицы, гипс, доломит. Доломиты - моно минеральные породы, состоящие из минерала того же названия. Они имеют светлую окраску, массивную текстуру. Каменная соль нередко образует пласты большой мощности, характеризующиеся кристаллической структурой и плотной массивной текстурой. При повышенных давлениях становится пластичной.

Породы имеют светлую окраску. Ангидриты встречаются в виде пластов зернистого строения, имеют светлую окраску и состоят из металла ангидрита. Иногда имеют волокнистое строение и обычно характеризуются массивной текстурой. Гипс имеет зернистое строение, массивную текстуру и светлую окраску; обычно содержит в виде примеси ангидрит, доломит, кальцит, обломочный материал.

Органогенные породы.

Представлены известняками-ракушечниками, писчим мелом, а также углями, асфальтом, горючими сланцами и др. Они образуются в результате накопления органических остатков после отмирания животных и растений. В одних породах эти остатки видны невооруженным глазом.

Другие породы, например, писчий мел, сложены твердыми известковыми скелетами микроорганизмов. И, наконец, третьи (угли, асфальты и др.) представляют собой горные породы, в которых наряду с минеральной составляющей имеются вещества органического происхождения.

Породы смешанного происхождения.

Эта группа пород включает мергели, песчаные и глинистые известняки и др. Мергели представляют собой сильноизвестковистые глины. В них содержится от 50 до 70 % кальцита. Как правило, они светло-серого, почти белого цвета, легко отличаются от известняков по реакции с соляной кислотой, после воздействия которой на поверхности мергеля остается грязно-серое пятно, обусловленное "удалением" известкового материала и концентрацией на месте реакции глинистых частиц. Мергель образуется в морях и озерах. Песчаные известняки - это известняки с примесью песчаного материала. Цвет их чаще всего серый. Образуются они в водоемах, где на капливаются обломочный материал и осадки, представляющие собой либо соли, выпавшие из концентрированных растворов, либо органические остатки. Изучая породу, ее состав, закономерности площадного распространения и включенные в нее ископаемые организмы, можно восстановить условия, среду ее образования, т.е. фациальную обстановку осад-конакопления. Условия образования накладывают существенный отпечаток на облик (фацию) осадочных пород. Различают три группы фаций: морские, лагунные и континентальные.

Происхождение осадочных пород. Любая находящаяся на зем­ной поверхности порода подвергается выветриванию, т. е. разру­шительному воздействию воды, колебаний температур и т. д. В результате даже самые массивные, прочные магматические поро­ды постепенно разрушаются, образуя обломки разных размеров и распадаясь до мельчайших частиц.

Продукты разрушения переносятся ветром, водой и на опре­деленном этапе переноса отлагаются, образуя рыхлые скопления или осадки. Накопление происходит на дне рек, морей, океанов и на поверхности суши. Из рыхлых скоплений (осадков) с тече­нием времени формируются (уплотняются, приобретают структу­ру и т. д.) различные осадочные породы.

Осадочные породы слагают самые верхние слои земной коры, покрывая своеобразным чехлом породы магматического и мета­морфического происхождения. Несмотря на то что осадочные породы составляют всего 5 % земной коры, земная поверхность на 75 % своей площади покрыта именно этими породами, в свя­зи с чем строительство и производится в основном на осадочных породах. Инженерная геология этим породам уделяет наибольшее внимание.

Мощность толщ осадочных пород колеблется в широких пре­делах - в одних местах она очень мала, в других исчисляется ки­лометрами.

Инженерно-геологические свойства осадочных горных пород находятся в непосредственной зависимости от особенностей их состава, строения и состояния, равно как и другие горные поро­ды, что нами неоднократно подчеркивалось выше. Наряду с этим надо отметить, что строение, состав и состояние породы форми­руются в зависимости от ее генезиса. Таким образом, инженер­но-геологические свойства осадочных горных пород складывают­ся в процессе литогенеза.

Под литогенезом принято понимать совокупность геологиче­ских процессов, определяющих современный состав, строение, состояние и свойства осадочных горных пород.

Процессы литогенеза достаточно условно подразделяют на ряд стадий:

гипергенез - выветривание - разрушение кристаллических и других пород, образование новых минералов, обломков пород, об­ломков минералов, коллоидных и истинных растворов;

седиментогенез - перенос и отложение материала - образо­вание осадка;

диагенез - превращение осадка в осадочную породу;

катагенез - начальные изменения осадочной породы;

метагенез - глубокие изменения осадочной породы - обра­зование метаморфизованных осадочных пород.

Последние две стадии иногда объединяются под одним поня­тием - эпигенез. Осаждение вещества, его диагенетические и постдиагенетические преобразования протекают по-разному, в за­висимости от физико-химических условий среды, температуры, давления, длительности и интенсивности процесса, например скоростей течения воды, движения воздуха, льда и т. п.

Особенности осадочных пород. Осадочные породы в силу спе­цифических условий образования приобретают ряд особенностей, которые существенно отличают их от магматических и метамор­фических пород. Это проявляется в минеральном и химическом составе, структурах, слоистости, пористости, зависимости состава и свойств пород от климата, в содержании органических остатков.

Минеральный и химический состав. В образовании осадочных пород, кроме минералов, из которых формировался рыхлый оса­док (кварц, полевые шпаты и др.), принимают участие минера­лы, возникающие в данной породе в процессе ее существования (кальцит, каолинит и др.). Во многих случаях они играют суще­ственную роль. Осадочные породы разнообразны по химическому составу. Это могут быть алюмосиликаты, карбонаты, оксиды, су­льфаты и др.

Структура осадочных пород разнообразна. Почти каждый тип породы имеет свою, присущую только ему структуру. Для рыхлых пород характерны обломочные структуры, для сцементирован­ных - брекчиевидные и т. д.

Пористость типична для всех осадочных пород, за исключе­нием некоторых плотных химических осадков. Поры бывают мелкие, крупные и в виде каверн. Общая пористость может быть велика, например суглинки - 40-50%, пески - 35-40% и т. д. В порах могут располагаться вода, газ, органический материал.

Слоистость. Осадочные породы залегают в виде слоев (рис. 21), которые образуются в процессе периодического накоп­ления осадков в водной и воздушной среде. В составе слоя может быть микрослоистость, отражающая осадконакопление в различ­ные времена года. Микрослоистость характерна для озерных и речных отложений. В слое горной породы могут быть также тон­кие слои других пород. Их называютпрослоями. Например, в слое песка может быть тонкий прослой глины.

При резком различии слоев по составу, например, слой песка лежит на слое известняка; более или менее постоянной мощно­сти и сравнительно большой занимаемой площади слои называ­ют пластами. В таких случаях слои (пласты) обычно ограничены с двух сторон четко выраженными поверхностями, которые на­зываютплоскостями (поверхностями)напластования, причем вер­хнюю плоскость называют -кровлей , нижнюю -ложе , а рассто­яние между ними -мощностью слоя (пласта). Наибольшей мощностью пластов обладают морские отложения (до сотен и да­же тысяч метров). Континентальные образования четвертичной системы, залегающие непосредственно под слоем почвы, имеют, как правило, относительно небольшую мощность (10-50 м).

Комплекс слое», объединенных сходством состава или возрас­та, или один слой, но значительной мощности, нередко называ­ют толщей. Примером могут служить толщи лессовых пород, мощность которых может достигать десятков метров.

Слои образуются в процессе накопления осадков в морях, озерах, долинах рек и т. д. Это обусловливает образование слоев различной формы как по размеру в плане, так и по очертаниям по вертикали. Наиболее обычным является нормальный слой (рис. 22), для которого характерна сравнительно большая мощ­ность и протяженность, параллельность кровли подошве. Для континентальных отложений характерны такжелинзы - слои, за­нимающие малые площади с выклиниванием мощности к краям слоя, ивыклинивающиеся слои, мощности которых уменьшаются в одну сторону.

Важное практическое значение для инженерной геологии представляет сочетание слоев. При согласном залегании слои ле­жат параллельно друг другу (рис. 23, 24), чахце всего горизонта­льно. Такое залегание слоев характерно равнинам. В других слу­чаях за счет тектонических движений земной коры возникает несогласное залегание слоев (см. рис. 23, 24). Одна группа слоев при этом залегает непараллельно другой группе.

Климатические условия влияют на состав и свойства осадоч­ных пород: в пустынях образуются породы обломочного характе­ра, в замкнутых бассейнах накапливаются отложения солей и т. д. Окраска пород зависит от климатических условий: породы тропиков и субтропиков обладают красноватой окраской, холод­ному климату свойственны серые тона.

Органические остатки наблюдаются в большинстве осадочных пород. Это остатки растений или скелетных частей, раковин ор­ганизмов в виде окаменелостей.

Классификация осадочных пород. Осадочные породы принято подразделять на три основные группы: 1) обломочные, 2) хими­ческого происхождения (хемогенные); 3) органогенные, возник­шие в результате жизнедеятельности организмов. Это деление не­сколько условно, так как многие породы имеют смешанное происхождение, например, отдельные известняки содержат в своем составе материал органогенного, химического и обломоч­ного характера.

Обломочные породы. Породы обломочного происхождения со­стоят из продуктов механического разрушения магматических и метаморфических пород, а также ранее образовавшихся осадоч­ных пород (песчаников, известняков и др.).

В табл. 6 приведена основная классификация обломочных по­род. В ее основе: размеры обломков - грубые, песчаные, пылева­тые, глинистые; внешние очертания обломков (угловатые или ока­танные) и наличие структурных связей между обломками (рыхлые скопления или сцементированные между собой обломки).

Следует отметить, что глинистые частицы к обломкам отнесе­ны условно, так как их происхождение больше связано с хими­ческими процессами и меньше с механическим разрушением.

Окатанность возникает в процессе переноса обломков водой. В природе чаще всего встречаются скопления, состоящие из об­ломков разного размера. Название обломочной породе при этом дается по обломкам, которые в породе занимают более 50%.

К обломочным породам в виде самостоятельной группы отно­сят пирокластические породы, которые формируются из твердых вулканических продуктов (пепла, песка). Оседая на поверхность земли, песок и пепел образуют сцементированные накопления (пепел, туфы и др.).

Грубообломочные породы. В их состав входят угловатые (глыбы, щебень, дресва) и окатанные (валуны, галька, гравий) обломки различных горных пород. Наибольшее количество приходится на горные районы, морские побережья, речные долины, районы ледниковых отложений.

Песчаные породы - рыхлые накопления, состоящие из облом­ков минералов песчаного размера (2-0,05 мм). Таких частиц в породе должно быть не менее 50 %. По крупности частиц пески подразделяют на крупные (2-0,5 мм), средние (0,5-0,25 мм), мелкие (0,25-1 мм) и пылеватые (менее 0,1 мм). В песках пре­обладают минералы, наиболее устойчивые к выветриванию (кварц, слюды и др.).

Мономинеральные пески, например кварцевые, встречаются редко. «Вредными» в строительном отношении примесями являются оксиды железа, гипс, слюды, глинистые частицы. Проис­хождение песков - речное, ветровое, морское и т. д.

Глинистые породы. Глинистые частицы являются основными составными частями супесей, суглинков и глин. Каждая из этих пород в зависимости от количественного взаимоотношения пы­леватых и глинистых частиц имеет свои разновидности. Так, су­песь бывает легкая крупная, легкая пылеватая, тяжелая пылева­тая; суглинки - легкие, легкие пылеватые, тяжелые, тяжелые пылеватые; глины - опесчаненные, жирные.

Глинистые породы составляют около 50 % общего объема оса­дочных пород и чаще всего являются основаниями различных зданий и сооружений.

Инженерно-геологическая характеристика осадочных горных пород без жестких связей . Обломочные, глинистые, некоторые представители хемогенных и органогенных пород достаточно условно можно объединить в группу пород без жестких связей* что полностью характеризует «взаимоотношения» слагающих их эле­ментов. Эта группа объединяет большой и разнообразный круг по­род - от высокодисперсных глин до грубообломочных пород. Группа описываемых пород подразделяется на три крупные под­группы: первая объединяет глинистые и пылеватые, или связные, вторая - обломочные несцементированные, или несвязные, тре­тья - биогенные. В подгруппу связных входят глинистые и лессо­вые породы, для которых характерно значительное содержание глинистых и пылеватых частиц. Отдельно рассматриваются поро­ды, имеющие жесткие связи, - это сцементированные породы ти­па песчаников или аргиллитов.

Глинистые частицы формируются, в основном, в процессе хи­мического выветривания. Наличие этих частиц в породах в зна­чительном количестве обусловливает проявление нового характе­ра связей между всеми элементами (частицами). В данном случае говорить только о минералах нельзя, так как частицы могут быть представлены как отдельными минералами, так и их агрегатами, обломками минералов, пород и т. д. Это коллоидные связи, кото­рые являются следствием действия сил молекулярного и электро­статического притяжения как непосредственно между самими ча­стицами, так и между частицами и молекулами воды, содержащейся в породе. При непосредственном взаимодействии между частицами устанавливаются достаточно прочные связи, обусловливающие вполне высокую прочность породы в целом. В том случае, когда минеральные частицы окружены оболочками воды, взаимодействие может осуществляться лишь через эти обо­лочки, и, естественно, что связи между частицами (они называ­ются водноколлоидными) оказываются менее прочными. При та­ких связях частицы под влиянием внешних усилий могут перемещаться без нарушения сплошности всей массы породы, а это означает, что порода обладает способностью к значительным пластическим деформациям. Такие породы, которые могут при определенной степени влажности (увлажнения) переходить в пла­стичное состояние, с инженерно-строительной точки зрения должны быть выделены в отдельную общность грунтов, которая именуется связными или пластичными.

К связным относят различные глины, суглинки, супеси, лессы и лессовидные породы. Все они формируются преимущественно под влиянием процессов выветривания и денудации (хотя име­ются и морские глины различных генетических типов), когда на­ряду с агентами физического выветривания активно действуют агенты химического выветривания.

Благодаря этому изменяется не только минеральный состав пород, но и степень йх дисперсности. Химические реакции, про­текающие в природе, приводят к возникновению и накоплению глинистых частиц (размером менее 0,001мм), коллоидных частиц (размером менее 0,025 мм). Агенты химического выветривания являются основным фактором, обусловливающим особенности состава пород, входящих в связные.

Связные породы обладают целым рядом свойств, значительно отличающих их от других грунтов. К числу наиболее характерных особенностей следовало бы отнести изменение их свойств в за­висимости от влажности. Так, с ростом влажности прочность резко снижается, в сухом же состоянии эти породы способны выдерживать без разрушения весьма значительные нагрузки.

При большом содержании воды порода вообще способна пе­рейти в текучее состояние. Связные грунты при определенной влажности проявляют пластичность и липкость, они набухают при увлажнении и дают усадку при высыхании. Пористость обычно высокая, однако, несмотря на это, водопроницаемость незначительна, так как пористость породы сформирована преи­мущественно замкнутыми микропорами.

Связные породы, в свою очередь, подразделяют на глини­стые, лессовые и алевритовые.

К глинистым относят породы, у которых содержание глини­стых частиц превышает 3 %. Эти грунты обладают хорошо выра­женными пластическими свойствами и способностью к набуханию в воде. Во влажном состоянии они практически водонепроницаемы.

По петрографическому составу глинистые грунты можно раз­делить на глины, суглинки и супеси.

К глинам обыкновенно относят породы, у которых содержа­ние глинистых частиц превышает 30 %. Встречаются глины, обладающие высокой дисперсностью, у них количество глинистых частиц может достигать 60 % и более. Как правило, в глинах со­держится много коллоидов. Среди глин преобладают полиминеральные. Описанные выше особенности связных или глинистых грунтов выражены у глин особенно ярко.

Супеси содержат от 3 до 10 % глинистых частиц, вследствие чего по своим инженерно-геологическим свойствам они занима­ют как бы промежуточное положение между глинистыми и пес­чаными грунтами.

Глинистые грунты могут формироваться под воздействием различных природных процессов. В соответствии с этим при их подразделении в инженерно-геологических целях выделяют не только петрографические, но и генетические типы.

Каждый тип характеризуется присущими ему особенностями состава, структуры и текстуры глинистых толщ. Выделяют элю­виальные, делювиальные, пролювиальные, аллювиальные, флю- виогляциальные, озерные, озерно-болотные, морские, моренные, эоловые супеси, суглинки и глины (кроме, пожалуй, эоловых глин). Глинистые породы являются одним из наиболее широко распространенных типов грунтов. Они встречаются среди отло­жений различного возраста, начиная с кембрия и кончая совре­менными, по сути еще формирующимися образованиями. По мнению Л.Б. Рухина, глинистые породы составляют не менее 60 % общего объема осадочных пород. Эти породы часто вовле­каются в сферу интересов инженеров-строителей и в связи с этим необходимо достаточно серьезное к ним отношение, с уче­том того, что состав глинистых грунтов, структурно-текстурные особенности, а также строение слагаемых ими толщ определяют­ся генезисом. Кроме того, ощутимое влияние на свойства глини­стых грунтов оказывают их возраст и условия залегания.

Пески имеют чрезвычайно широкое распространение. Соглас­но данным Л.Б. Рухина, площадь, которая занята в СНГ песка­ми, равняется примерно2млн км 2 , из которых чуть меньше тре­ти (600 тыс. км 2) приходится на территорию Европейской части СНГ. Массивы песков Средней Азии и Казахстана имеют пло­щадь около 1 млн км 2 . Интенсивное использование песков в строительной практике в различных целях предопределяет необ­ходимость тщательного их изучения. Песчаные породы открыва­ют в нашем описании распространенную группу несвязных грун­тов, не имеющих или почти не имеющих аналогичных глинистым грунтам связей между частицами и реализующие свои прочностные и деформационные характеристики за счет других особенностей своего внутреннего строения.

Состав, строение и свойства песков определяются, как и у всех пород, их генезисом. Установлено, что разные генетические типы песков имеют различное распространение: в Европейской части СНГ, включая страны Балтии, 51 % площади занимают аллювиальные пески, 24 % -водноледниковые, 11,3 % - эоло­вые, 3,6 % -аллювиальные, 5-6%-морские, 1,6 %-озерные, 1,5% - остальные типы.

Крупнообломочные породы представляют собой преимуществен­но обломки пород размером более 2 мм. Обломки эти несцемен- тированы и аналогичны во взаимодействии друг с другом песча­ным грунтам, т. е. в них отсутствуют связи, характерные для глинистых грунтов и грунтов с жесткими кристаллизационными связями. Обломки пород, в основном определяющие свойства и поведение грунтов под сооружениями, могут иметь различный петрографический состав и различную форму, степень обработан- ности, что, с одной стороны, определяется составом пород, а с другой (и это главное) - генезисом крупнообломочных пород (рис. 25).

■ Инженерно-геологическая характеристика осадочных пород с жесткими связями. Обломочные сцементированные породы. Рыхлые обломочные породы в природных условиях могут подвергаться це­ментации за счет веществ, выделяющихся из циркулирующих в них водных растворов; в поры может вноситься («вмываться») пы­леватый и глинистый материал. Кроме того, в них могут выпадать из растворов в осадок гипс, кальцит, кремнекислота, гидроксиды железа и другие соединения. Появление этих веществ в толще не­сцементированных обломочных грунтов приводит не только к уве­личению плотности последних, но и вызывает образование проч-

В составе литосферы на долю осадочных пород приходится лишь около 5 %, однако они занимают до 75 % площади поверхности Земли. Характерным для осадочных пород является слоистость залегания (их называют пластовыми) и в большинстве случаев более пористое строение и меньшая прочность, чем у плотных магматических пород. В зависимости от условий образования осадочные породы подразделяют на три группы: механические отложения (обломочные), химические осадки, органогенные отложения.

Механические отложения (рыхлые и цементированные) образовались в результате разрушения других пород под воздействием процесса выветривания (действие воды, ветра, колебаний температуры, замораживания и оттаивания и других атмосферных факторов). В результате даже самые прочные массивные магматические породы разрушаются, образуя обломки разных размеров: глыбы, куски и более мелкие частицы.

Наряду с механическими разрушениями в результате взаимодействия составных частей горных пород с веществами, находящимися в окружающей среде, может происходить химическое разрушение. Так, полевые шпаты под действием воды, содержащей диоксид углерода, разрушаются, образуя водные силикаты алюминия.

Продукты разрушения остаются на месте или чаще переносятся водными потоками, ветром, ледниками в другие места и после осаждения образуют рыхлые скопления пластов обломочных осадочных пород (песка, глины, гравия, природного щебня). Некоторые из них в последующем подвергаются цементированию природными цементами, выпавшими в толще рыхлых осадков из омывающих их растворов, образуя сплошные (сцементированные) горные породы различной плотности (песчаники, конгломераты, брекчии).

Химические осадки образовались в результате выпадения в осадок веществ, перешедших в состав водных растворов в процессе разрушения горных пород. Они являются следствием изменения условий среды, взаимодействия растворов различного состава и испарения (гипс, ангидрит, магнезит, доломит, известковые туфы).

Органогенные отложения - породы, образующиеся в результате отложения отмирающего растительного мира и мелких животных организмов водных бассейнов. Многие морские организмы при жизни извлекают из воды соли кальция, растворенный кремнезем для построения своих скелетов, раковин, панцирей, стеблей. После отмирания, осаждаясь на дно и уплотняясь, они образуют пластовые отложения органогенных пород. Для строительных целей используют мел, известняки разных видов, диатомиты и трепелы.

Рис.1. Диатомит природный

Химический и минеральный составы осадочных пород

Средневаловой химический состав всех осадочных пород близок к составу магматических пород, но между собой отдельные осадочные породы различаются значительно больше, чем магматические. Осадочные породы, применяемые для строительных целей, чаще всего содержат следующие химические соединения: кремнезем в кристаллическом и аморфном состояниях (безводный и водный), алюмосиликаты (главным образом водные), карбонаты (безводные), сульфаты (безводные и водные).

Из этих соединений и состоят основные минералы осадочных пород, используемых в строительном деле: кварц, опал, каолинит, кальцит, магнезит, доломит, гипс, ангидрит.

Кварц (кристаллический кремнезем ) благодаря высокой стойкости при выветривании остается химически неизменным и входит в состав многих осадочных пород (песков, песчаников, глин и др.). В аморфном состоянии кремнезем в осадочных породах встречается в виде минерала опала.

Опал (SiO 2 nH 2 O) менее плотен (плотность -1900… 2500 кг/м3), прочен и стоек, чем кварц. Он отличается повышенной внутренней микропористостью и высокодисперсной структурой, обладает большой реакционной способностью к гидроксиду кальция и другим основным оксидам. Это свойство аморфного кремнезема широко используют при изготовлении минеральных смешанных вяжущих веществ.

Рис.2. Опал

Каолинит - водный силикат алюминия, образуется при выветривании полевых шпатов и слюд. Цвет каолинита без примесей - белый, плотность - 2600 кг/м3, твердость - 1. Каолинит и другие водные алюмосиликаты типа А l 2 О з -nSiO 2 — m Н 2 О являются основными при образовании глин. Они часто встречаются в виде примесей в известняках, песчаниках, гипсовых и других осадочных породах. Наличие этих примесей понижает водо- и морозостойкость пород.

Рис.3. Каолинит

Кальцит (СаСО 3) имеет совершенную спайность по трем направлениям, плотность 2700 кг/м3, твердость 3. Кальцит растворяется в кислотах, в обычной воде - мало (около 0,03 г/л). Это распространенный минерал, слагающий различные виды известняков. Окраска белая, серая, иногда он прозрачен.

Рис.4. Кальцит

Магнезит (MgCO 3) имеет плотность 2900… 3100 кг/м3, твердость 3,5…4,5. Он распространен значительно меньше кальцита и образует породу того же названия.

Рис.5. Магнезит

Доломит (CaCO 3 -MgCO 3) по физическим свойствам близок к кальциту, но более тверд - 3,5…4, плотен (плотность-2900 кг/м3) и прочен. Цвет доломита от белого до темно-серого в зависимости от примесей. Он встречается чаще, чем магнезит, образуя породу того же названия или входя в состав известняков и других осадочных пород.

Рис.6. Доломит

Гипс (CaSO 4 -2H 2 O) - минерал кристаллического строения, его кристаллы имеют зернистое, столбчатое, пластинчатое, игольчатое или волокнистое строение. Он белого цвета, иногда окрашен примесями. Обладает спайностью в одном направлении. Плотность гипса 2300 кг/м3, твердость 2, сравнительно легко растворяется в воде. Гипс образует породу того же названия.

Рис.7. Гипс пластинчатый

Ангидрит (CaSO 4) - безводная разновидность гипса, образует породы одноименного названия. Плотность ангидрита 2900…3000 кг/м3, твердость З…3,5.

Рис. 8. Ангидрит

Важнейшие виды осадочных пород и их строительные свойства

Многие осадочные породы используют как сырье для получения других строительных материалов, а некоторые для непосредственного применения в качестве строительного камня.

Песок и гравий - горные породы, образовавшиеся в результате выветривания различных горных пород. Размер зерен песка 0,6…5 мм, гравия - 5…70 мм и более.

Глины являются тонкообломочными отложениями, образовавшимися в результате выветривания полевошпатовых горных пород (граниты, гнейсы и др.). По составу глины представляют собой смесь минералов каолинитовой группы с зернами кварца, слюдой, оксидами1 железа, карбонатами кальция и магния. Каолинитовые глины (каолин) имеют белый цвет, другие глины в зависимости от вида и количества примесей могут иметь разный цвет, вплоть до черного. Глина при увлажнении приобретает пластические свойства и после обжига переходит в камневидное состояние. Она является основным сырьем в керамической промышленности и при производстве цементов (см. гл. 3 и 5).

Гипс и ангидрит - породы химического происхождения, состоящие в основном из минерала гипса и ангидрита. Внешне и по своим физико-механическим свойствам они мало отличаются друг от друга. Их применяют для производства вяжущих веществ, а некоторые разновидности - для внутренней облицовки зданий.

Магнезит - порода химического происхождения, состоящая в основном из минерала магнезита. Его применяют для изготовления огнеупорных изделий, частично для получения вяжущих веществ (каустического магнезита).

Мел - порода органогенного происхождения, обычно белого цвета, землистого сложения, представлена микроскопическими раковинами простейших организмов. По химическому составу почти целиком состоит из карбоната кальция, имеет небольшую прочность. Применяют в качестве белого пигмента в красочных составах, приготовлении замазки, а также при производстве извести и портландцемента.

Диатомит - органогенная порода, образовавшаяся из панцирей диатомовых водорослей и отчасти из скелетов радиолярий и губок, между которыми осаждались тончайший ил и глина. Состоит в основном из аморфного кремнезема в виде минерала опала

Трепел - порода, образовавшаяся раньше диатомита, и в отличие от него состоит из аморфного кремнезема в виде мельчайших шариков опала, сцементированного опаловым же цементом. Диатомит и трепел близки и по свойствам. Их пористость 60..,70 %, плотность 350…950 кг/м3, теплопроводность 0,17…0,23 Вт/(м*°С). Содержание активного кремнезема составляет 75…96 %. Трепел и диатомит используют для изготовления теплоизоляционных материалов, в качестве активных минеральных добавок к вяжущим веществам. С течением времени трепел превращается в тонкопористую или плотную, трудно размокающую породу - опоку, почти полностью состоящую из аморфного кремнезема.

В качестве строительного камня главным образом применяют известняки различных видов, доломиты и песчаники.

Известняки в большинстве случаев являются органогенными породами, но встречаются известняки химического происхождения (известковые туфы). Известняки в основном сложены из минерала кальцита, но часто содержат различные примеси (кремнезем, глину, доломит, оксиды железа, органические соединения), в зависимости от которых цвет известняков может быть от белого до темно-серого с различными оттенками.

Примесь глины в известняках, применяемых в качестве строительного камня, даже в небольшом количестве (3…4 %) резко уменьшает их водо- и морозостойкость. Вредное влияние на строительные свойства известняков оказывает также пирит РеБг. Известняки, содержащие некоторое количество кремнезема, более прочны и стойки, чем другие виды известняков. Известняки, в которых присутствует доломит, называют доломитизированными.

Плотные известняки (плотность более 1800 кг/м3), состоящие из мелких зерен кальцита, связанных непосредственным сцеплением кристаллов или различными природными цементами (известковым, известково-кремнистым), используют в виде бутового камня (для фундаментов, стен неотапливаемых зданий или жилых домов в районах с теплым климатом), плит и фасонных деталей для облицовки стен, цоколей и карнизов, ступеней, а также в качестве щебня для бетона, основания для дорог и сырья для получения извести и портландцемента.

Известняки-ракушечники - пористые горные породы характеризуются небольшой плотностью, низкой прочностью и малой теплопроводностью. Их применяют в виде камней правильной формы для кладки стен, а наиболее плотные разновидности - для облицовки стен, а также в качестве щебня для легкого бетона.

Рис.9. Ракушечник крымский

Известковые туфы - пористые известняки химического происхождения. Несмотря на значительную пористость, известковые туфы характеризуются достаточной морозостойкостью, так как они вследствие ячеистого строения (поры замкнутые или крупные) имеют относительно низкое водопоглощение. Разновидность известкового туфа - травертин, имеющий мелконоздреватое строение и высокую прочность при сжатии (до 80 МПа), применяют для облицовки зданий.

Доломит - порода химического происхождения, состоящая из минерала доломита. Свойства его близки к известняку плотному. Применяют доломит для тех же целей, что и известняки, а также для производства огнеупоров и теплоизоляционных материалов.

Песчаники, конгломераты, и брекчии - породы, образовавшиеся из рыхлых отложений разрушившихся горных пород в результате цементации их различными природными цементами (известковым, кремнистым, глинистым, железистым и др.). В результате цементации песков образуются песчаники, зерен гравия - конгломераты, природного щебня - брекчии. В качестве строительного камня применяют наиболее прочные и стойкие известковые и кремнистые песчаники, а также конгломераты и брекчии на этих природных цементах. Большинство песчаников - плотные, тяжелые и теплопроводные материалы. Их используют главным образом для кладки фундаментов, стен неотапливаемых зданий, ступеней, тротуаров, облицовки зданий, а также в виде щебня для бетонов и других целей. Конгломераты и брекчии, обладающие декоративностью, используют в качестве облицовочного камня.

Осадочные горные породы образуются на поверхности земной коры из продуктов физического и химического выветривания ранее существовавших горных пород, а также из химических и органических осадков. Мощность их колеблется от нескольких дециметров до сотен метров, а в прогибах земной коры (геосинклиналях) достигает нескольких километров. Образование осадочных горных пород происходит по схеме: разрушение > перенос > накопление (осаждение) > диагенез (образование горной породы).

По месту образования осадочные горные породы подразделяются на континентальные, морские и лагунные; по способу образования делятся на обломочные, глинистые, химические и органогенные. Породы химического и органического происхождения часто тесно связаны между собой и образуют группу биохимических пород.

Осадочные горные породы имеют специфические виды структуры и текстуры. Из структур выделяют:

• 1. Оолитовая - характерна тем, что в плотной массе встречаются шарики более менее округлой формы. Такую структуру часто имеют бокситы.
• 2. Плотная - характерна для яшмы, зерна неразличимы.
• 3. Землистая - породы с такой структурой напоминают рыхлую почву, растираются пальцами. К ним относятся глина, мел, мергель, лесс.
• 4. Обломочная - представляет собой породы состоящие из обломков, которые сцементированы плотной массой. Это конгломерат, брекчия, песчаник.

Из текстур выделяются:

• 1. Беспорядочная - материал расположен без всякого порядка, как бы перемешан (конгломерат).
• 2. Слоистая - порода состоит как бы из слоев минерала (мергель).
• 3. Листоватая - порода разделяется на тонкие пластины (глинистые).

Обломочные породы (кластические).

Обломочные породы состоят из продуктов непосредственного разрушения исходных пород. Они могут быть рыхлыми или сцементированными. Классификация обломочных горных пород зависит от величины и формы обломков.

По величине обломков выделяют следующие классы этих пород:

• 1. крупнообломочные породы, или псефиты (в переводе с греческого «псефос» - камешек), диаметр обломков более 2 мм;
• 2. среднеобломочные породы, или псаммиты («псаммос», греч. - песок), диаметр обломков от 0,05 мм до 2 мм;
• 3. мелкообломочные (пылеватые) породы, или алевриты («алеврон», греч. - мука), диаметр обломков 0,05-0,005 мм.

Крупнообломочные породы (псефиты) состоят из обломков различного петрографического и минералогического состава размером от 2мм до нескольких метров в диаметре.

Неокатанные угловатые обломки (глыбы, щебень, дресва) образуются при механическом разрушении пород и называются элювием. Они часто накапливаются у подножий горных склонов.

Окатанные обломки горных пород (валуны, галька, гравий) встречаются среди аллювиальных отложений, широко распространены среди ледниковых и водно-ледниковых наносов.

Щебень и дресва, сцементированные природными цементами, называются брекчиями. Сцементированные окатанные обломки (галечник, гравий), называются конгломератами. В качестве природных цементов выступают глинистые, карбонатные, кремнистые, железистые соединения.

Среднеобломочные породы (псаммиты) в рыхлом состоянии называются песками. В зависимости от размера зерен пески подразделяются на грубозернистые (1-2 мм), крупнозернистые (0,5-1 мм), среднезернистые (0,25-0,5 мм) и мелкозернистые (0,05-0,25 мм).

Если пески состоят из одного минерала, то они называются мономинеральными (кварцевые пески); из двух - олигомиктовые (кварцево-глауконитовые); из трех - полимиктовые (аркозовые пески из кварца, полевого шпата и слюды).

Сцементированные пески называются песчаниками. В зависимости от состава цемента различают песчаники глинистые, известковатые, железистые, кремнистые. Наибольшую прочность имеют кремнистые песчаники, состоящие их кварцевых зерен. Глинистые песчаники легко размокают. Цвет песков и песчаников зависит от цвета минеральных зерен и цвета цементирующего вещества.

Мелкообломочные породы (алевриты) с размеров зерен от 0,005 до 0,05 мм представляют собой тонкозернистые пылевидные породы морского, речного, водно-ледникового и эолового происхождения. Представителями алевритовых пород являются лессы, покровные пылеватые суглинки и супеси. Сцементированные алевриты, преимущественно известковистым и кремнистым цементом, называются алевролитами. Они слабо размокают в воде и являются полускальными породами.

Глинистые породы (пелиты). «Пэлес» в переводы с греческого - глина. Пелиты состоят из частиц размером менее 0,005 мм. Типичным представителем этих пород является глина, которая во влажном состоянии пластична, при высыхании твердеет и при обжиге приобретает твердость камня.

В их состав входят глинистые минералы каолинит, монтмориллонит, а также кварц, полевые шпаты, слюды, гидрослюды, халцедон, опал, гидроокислы железа. Каолинитовые глины имеют белый цвет и образуют глинистые породы каолиниты.

Каолинит (каолин) - глинистая порода с землистой структурой, пористой или листоватой текстурой. Твердость 1, жадно поглощает воду.

К этим породам относят также и бокситы, хотя их иногда причисляют и к окислам алюминия.

Боксит (Al2O3?nH2O) - горная порода осадочного происхождения. структура аморфная, землистая, часто оолитовая (состоит из мелких шариков концентрически скорлуповатого строения).

Каолиниты и монтмориллониты относятся к жирным глинам, а примеси кварца, халцедона, опала, окислов железа делают глину тощей. Глины, состоящие из каолинита, гидратов окиси алюминия и слюды, называются огнеупорными (температура плавления около 1700°С). Монтмориллонитовые глины обладают высокой поглотительной способностью.

Плотные дегидротизированные и сцементированные чаще всего кремнеземом глинистые породы, не размокающие в воде, называются аргиллитами.

В природе часто встречаются смешанные песчано-глинистые породы, которые называют супесями и суглинками. Супеси содержат от 10 до 20% глинистых частиц, а суглинки - от 20 до 50%.

Химические осадочные породы.

Химические осадочные породы образовались в результате выпадения солей из водных растворов или в результате различных химических реакций в земной коре. По химическому составу среди этих пород принято выделять карбонатные, галоидные, сульфатные, кремнистые, железистые и фосфатные. К карбонатным породам относятся известняки, доломиты, мергели и известковые туфы.

Известняки химического происхождения не менее чем органогенные состоят из кальцита выпавшего из воды. Известняки химического происхождения встречаются часто, но их трудно отличить от других разновидностей, особенно после перекристаллизации. Структура кристаллически-зернистая, текстура массивная, слоистая. Окраска различная, часто белая, с примесями желтоватая, серая различных оттенков. Бурно вскипают с HCl.

Типичными представителями известняков химического происхождения являются известковые туфы (травертины), образующиеся на суше в результате выпадения извести из вод некоторых источников. Они обычно светло-серого цвета, пористого строения.

По условиям образования различают пресноводные известняки, залегающие среди континентальных песчано-глинистых отложений, известняки солоноватых бассейнов и морские известняки. Они широко применяются в строительстве, при производстве вяжущих материалов, в металлургии, в полиграфическом производстве, в сельском хозяйстве.

Доломиты. К доломитам относятся карбонатные осадочные породы, состоящие не менее чем на 90% из минерала доломита. Для доломитов характерна примесь минералов (кальцит, гипс, флюорит, магнезит, окислы железа, кремнезем и др.), выпавших из раствора при образовании осадка или в процессе диагенеза. Окраска доломитов светлая с сероватыми, желтоватыми, красноватыми и зеленоватыми оттенками. Структура кристаллически-зернистая, текстура массивная иногда пористая. Доломиты тверже известняка. Прочность 120-130 МПа, твердость 3,5-4, блеск стеклянный. Не вскипают бурно с HCl, а только в порошке.

Добываются на Урале, Кавказе и в Забайкалье. Применяются при производстве цементов, в стекольной и керамической промышленности, при изготовлении огнеупорных изделий, в качестве флюса в черной металлургии, для получения магния и для изготовления бута, щебня и облицовочного камня.

Мергель. К мергелям относятся осадочные горные породы, переходные от известняков и доломитов к глинистым породам. Они содержат от 30 до 50 % глинистых частиц. Цвет серый, белый, коричневато-желтый. Текстура часто слоистая, иногда массивная, структура тонкозернистая. Вскипает под действием HCl, если на него подышать, то пахнет глиной.

Используются мергели как цементное сырье, для некоторых разностей требуется лишь обжиг и последующий размол.

Галоидные породы.

Галоидные породы представляют собой типичные химические осадки. Выпадение их из растворов происходит в замкнутых водных бассейнах, мелководных заливах и соляных лагунах вследствие интенсивного испарения. К ним относятся каменная соль, карналлит, сильвинит и др.

Каменная соль или галит (NaCl). Осадочные пласты каменной соли достигают мощности 10-15 м. Добывается каменная соль в Соликамске, Оренбурге и на Донбассе. В сложных соленых толщах нижние горизонты сложены ангидритовой породой, выше следует горизонт каменной соли, а зона калийных и калийно-магниевых солей располагается в верхних частях разреза, иногда перекрываясь каменной солью.

Карналлит (MgCl2?KCl?6H2O). Откладывается в верхних частях соляных отложений. Хлористые соли калия и магния начинают выпадать при солености воды 32-35 ‰ и более. Используется в сельском хозяйстве и химической промышленности.

Сильвинит (KCl). Также откладывается в верхних частях соляных залежей. Применяется как удобрение и в химической промышленности.

Сульфатные породы.

Эти породы образуют характерную группу химических осадочных пород, состоящих из сульфатных соединений натрия и кальция. К числу наиболее распространенных пород этого типа относятся гипсы ангидриты и мирабилиты.

Гипс (CaSO4?2H2O) и ангидрит (CaSO4). Эти породы откладываются в нижних горизонтах соляных залежей. Гипс и ангидрит начинают выпадать при солености воды 13-15‰, залежи образуют пласты до 100 и более метров. Используются в строительстве, химической, бумажной промышленности, в медицине и в сельском хозяйстве.

Мирабилит (Na2SO4?10H2O) - глауберова соль. Образуется в заливе Кара-Богаз-Гол Каспийского моря. Выпадает в зимнее время из воды при температуре ниже - 33°С. Образует пластовые залежи в верхних частях разреза. Используется в медицине, стекольном производстве и для изготовления соды.

Кремнистые породы.

К кремнистым породам химического происхождения относятся гейзериты, кремнистые туфы (сланцы) холодных вод, яшмы и др. Яшмы и кремнистые сланцы обычно обладают скрытокристаллической или гелевой структурой. Текстуры бывают массивные и слоистые.

Яшмы - твердые, непрозрачные породы с раковистым изломом, состоящие из кремнезема (кварц, халцедон). Порода пестрая, полосчатая или пятнистая, окрашенная окислами марганца и железа в красный, желтый, коричневый и зеленый цвета. Используются как прекрасный поделочный материал.

Фосфоритные породы.

Фосфоритные породы представляют собой различные осадочные горные породы (песчаники, глины, мергели), обогащенные фосфатами кальция, содержание P2O5 в фосфоритах составляет 12-40%. В качестве примесей в фосфоритах встречаются примеси кварца, кальцита, глауконита, остатки радиолярий, диатомий и др. Фосфориты образуются в морях, озерах и болотах. Морские пластовые и желваковые фосфориты выпадают в виде химического осадка на глубинах от 50 до 150 м и образуют залежи мощностью до 10-15 м (пластовые фосфориты хребта Каратау, Брянские желваковые фосфориты). Используются фосфориты для получения фосфорных удобрений.

Органогенные породы.

Органогенные породы подразделяются на зоогенные - происхождение связано с деятельностью организмов и фитогенные - образованные растительным веществом (торф, уголь). Все породы, зоогенные и фитогенные в свою очередь делятся на три класса - карбонатные, кремнистые и углеродистые или каустоболиты.

Карбонатные породы.

Известняк-ракушечник. Органогенные известняки состоят из известковых скелетов и остатков раковин животных и растений. В зависимости от преобладания остатков тех или иных организмов различают известняки криноидные (из скелетов морских лилий), фузулиновые (из корненожек - фузулин),нуммулитовые (раковины в виде монеты), мшанковые, коралловые и др. Известняки, состоящие из целых раковин, называются ракушечниками, а из битых раковин - детритусовыми известняками. Структура известняков микрозернистая, оолитовая и может быть обломочная, текстура чаще пористая. Они имеют значительную прочность и используются как строительный материал. Распространены известняки в самых различных условиях. известны пресноводные известняки, но преобладают морские известняки (Крым, Черное море, Азовское море).

Мел. К органическим известнякам относится и мел, состоящий на 96-99% из мелких частиц порошкового кальцита, панцирей микроскопических морских водорослей и мельчайших раковин фораминифер. Это однородная белая слабосцементированная порода. Имеет землистую структуру. Вскипает сHCl. Твердость меньше 1. Используется в стекольной, резиновой, бумажной промышленности; при производстве цемента, сахара, соды; а также при известковании почв в сельском хозяйстве.

Кремнистые породы.

Кремнистые породы органогенного происхождения состоят преимущественно из кремнезема. К ним относятся диатомиты, трепелы и опоки.

Диатомиты состоят из рыхлых или сцементированных опаловых микроскопических скелетов диатомовых водорослей, которые в трепелах обычно разрушены. Это белые или желтоватые пористые мягкие и легкие породы с объемной массой от 0,4 до 1,4. Диатомиты жадно поглощают воду. Обладают хорошей тепло- и звукоизоляцией. Применяются также для очисти сахарных сиропов, минеральных и растительных масел. Встречаются в Поволжье, в Самарской, Калужской и Смоленской областях.

Трепел состоит из микроскопических округлых зерен опала (0,01-0,001 мм) с небольшой примесью скорлупок диатомовых водорослей и остатков кремнистых скелетов радиолярий и губок. Существует мнение, что это измененные диатомиты, так как очень на них похожи. Цвет породы белый, желтый, бурый, светло- и темно-серый. Порода легкая, жадно поглощает воду. Огнеупорен, хороший тепло- и звукоизолятор. Залегает обычно в отложениях нижнемелового периода в Белоруссии, в Калужской и Смоленской областях.

Опока представлена твердыми пористыми образованиями сложенными тонкозернистым опалом (до 90 %), часто с примесью створок диатомий, радиолярий, игл губок. Опоки окрашены обычно в темный цвет, но при выветривании светлеют и становятся белыми и серыми. Напоминают трепел, но обычно более твердые и при ударе раскалываются с характерным звенящим звуком. Излом раковистый, твердость 3-5. прочность при сжатии 30-50 МПа. Породы имеют пористую текстуру и очень морозостойкие. Возможно, что по происхождению опоки являются измененными трепелами и диатомитами. Залегают в меловых отложениях Нижнего и Среднего Поволжья.

Каустобиолиты.

Углеродистыми породами или каустобиолитами называются горючие ископаемые горные породы органического происхождения (греч. каустикос - горючий, биос - жизнь, литос - камень). К каустобиолитам относятся: торф, ископаемые угли, горючие сланцы, нефть и продукты ее преобразования (битум, асфальт, озокерит), а также горючие газы.

Процесс образования торфа из органических остатков происходит в течение тысячелетий, а образование углей из торфа растягивается на миллионы лет. Из остатков тканей высших растений образуются гумусовые угли (лат. гумус - земля), а из остатков животных и растительных организмов - сапропелевые угли (греч. сапрос - гнилой, пелос - ил; гнилой ил).

Торф образуется из перегнивших и обуглившихся растительных остатков, содержащих 35-59 % углерода, в условиях избыточной влажности и затрудненного доступа воздуха. Порода рыхлая, коричневого, коричнево-бурого и черного цвета. Сохраняет явные признаки растительных остатков. Структура землистая, текстура слоистая.

Используется торф как топливо и органическое удобрение. Из него получают горючие газы и аммиак.

Бурый уголь - плотная темно-бурая порода, содержащая около 70% углерода. Это промежуточное образование между торфом и каменным углем. Бурый уголь имеет бурую черту, землистый, реже раковистый излом и небольшую (около 1) твердость. Используется в основном как топливо.

Каменный уголь. Черная слоистая порода с содержанием углерода до 85%. Каменный уголь очень хрупкий, твердость 1-2,5. Блеск жирный, излом раковистый. Используется как топливо.

Антрацит. Образуется из бурых углей. Каменный уголь получается из бурого угля при повышенном давлении и температуре 300-325°С, а антрацит при повышении температуры до 500°С. Это тяжелые (плотность 1,4-1,7) черные, часто с сероватым оттенком, с сильным металлическим блеском угли, с содержанием углерода до 95%. Твердость около 3, с достаточно высокой прочностью. Залегает часто пластами, используется как топливо и для получения коксующихся углей в металлургии.

Горючие сланцы. Это сланцевые или мергелистые породы темно-серого цвета, содержащие битум и ил, а также примеси. Имеют меньшую теплотворную способность, чем угли. Используются как топливо, а также для перегонки на масла и газ.

Нефть. Маслянистая жидкость от беловато-желтого до темно-коричневого цвета, состоящая из смеси жидких и газообразных углеводородов. Нефть образуется из сапропели при полном разложении органического вещества, происходящего в условиях наиболее затруднительного доступа кислорода. Залегает нефть в пористых или трещиноватых породах (пески, песчаники, известняки), заключенных среди непроницаемых (чаще глинистых) слоев. Это основной энергетический продукт, значение которого трудно переоценить.

Битуминозные породы - с рассеянной в них нефтью, по большей части находящейся в окисленном (сгущенном) виде. Порода темного цвета с запахом битума, который усиливается при ударе. Часто накопление битумов происходит с отложением илов, в результате образуются горючие сланцы.

Озокерит - горный воск, является продуктом полимеризации и уплотнения нефти. Элементарный состав близок к составу парафина. Порода мягкая, пластичная, от желтого до темно-бурого цвета. Температура плавления от 50 до 80°С. Применяется в медицине.

Асфальт - порода более твердая, вязкая, почти черного цвета. Состоит из смеси масел, смол и асфальтов. Температура размягчения от 20-30 до 80-100°С. Состоит из углерода (80-85%) и водорода (9-10%). Применяется в дорожном строительстве.

---