Осадочные породы

Краткий справочник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Строительство»

Осадочные породы. Осадочные породы являются главным сырьём промышленности, в них содержится примерно 70 % глин, около 20 % песков и песчаников, 5% карбонатов. На долю гипса и других минералов остаётся примерно 5%.

По условиям образования осадочные породы делятся на три группы: обломочные, химические и органогенные. Между ними существуют переходные разновидности смешанного генезиса.

Породы обломочного (механического) происхождения являются продуктами механического разрушения каких-либо материнских пород и сложены преимущественно обломками устойчивых к выветриванию минералов и пород. Они разделяются по крупности обломков на грубообломочные, средне-обломочные (песчаные), мелкообломочные (пылеватые) и тонкообломочные (глинистые). Среди них только глинистые породы являются продуктами химического разложения материнских пород, остальные же породы сложены обломками, не подвергшимися существенному выветриванию. Независимо от размеров частиц обломочные породы могут быть рыхлыми или сцементированными.

К рыхлым грубообломочным породам относятся разновидности с окатанной и угловатой формой, образовавшиеся в результате накопления крупных обломков. Среди них выделяются обломки размером 1000 ... 100 мм, называемые валунами (скатанные) или глыбами (угловатые); 100 ... 10 мм -галькой (скатанные) или щебнем (угловатые), 10 ... 1 мм - гравием (скатанные) или дресвой (угловатые).

Сцементированные обломочные породы образовались путём цементации рыхлых пород различными химическими веществами. Наиболее прочным является кремнезёмистый цемент (вторичный кварц, опал, халцедон), менее прочны железистый (лимонит), карбонатный (кальцит); малой цементирующей способностью отличается глинистый цемент.

Наибольшее применение в промышленности строительных материалов нашли глинистые породы, состоящие более чем наполовину из мельчайших (менее 0.01 ... 0.001 мм) чешуеобразных частиц глинистых минералов, среди которых не менее 25 % имеют размеры менее 0.001 мм.

Глины образуются при выветривании полевошпатовых и некоторых других силикатных пород и состоят преимущественно из глинистых минералов типа каолинита, монтмориллонита и гидрослюд с примесью кварца, слюды, вторичного кальцита, опала и др. Большинство глин являются полиминеральными, однако среди них имеются наиболее ценные мономинеральные: каолинитовые и монтмориллонитовые разновидности. Главным фактором при применении глин в строительстве и производстве строительных материалов являются их минеральный состав. Полиминеральные глины являются сырьём для производства кирпично-черепичных изделий, грубой керамики, глинозёма, огнеупоров и т.д.

Каолинитовые глины сложены в основном каолинитом и сравнительно свободны от примесей оксидов железа. Они представляют собой белые тонкозернистые, жирные на ощупь, малопластичные породы, являющиеся продуктами разложения (гидролиза) алюмосиликатов диссоциированной водой,

содержащей свободные ионы водорода и растворённую СС>2. Процесс каолинизации полевых шпатов схематически представляется в следующем виде:

е

е

Каолинитовые глины являются континентальными отложениями и образуются в условиях кислой среды. Они используются в производстве фарфоро-фаянсовых изделий, цемента, шамота. Месторождения каолинитовых глин находятся на Урале, в Сибири и др.

Монтмориллонитовые глины появляются при разложении вулканических пеплов в щелочной среде. Среди них выделяются сильно набухающие в воде натровые глины с преобладанием катиона Na над катионами Са, Mg и К1 и неразбухающие кальциевые - с преобладанием Са над катионами Na и Mg. К первым относятся бентониты и флоридины, породы белой, серовато-белой, розовой и другой окраски, характерной особенностью которых является сильное набухание при увлажнении с увеличением объёма примерно в 16 раз и более и высокая адсорбционная способность. Большинство этих глин обладает резко выраженной пластичностью при затворении водой, сохраняя при высыхании приданную им форму, а после обжига образуют камневидные массы. С увеличением в глинах механических примесей пластичность их быстро снижается. Монтмориллонитовые глины применяются как замечательные адсорбенты, так как обладают высокой поглотительной способностью. Крупных месторождений монтмориллонитовых глин на территории России нет.

Породы химического происхождения (хемогенные) образовались в результате выпадения из истинных и коллоидных водных растворов различных веществ. Важное значение имеют слаборастворимые и подвижные соединения карбонатов Са и Mg, а также легкорастворимые сернокислые и галлоидные соединения - гипсы и ангидриты, осаждающиеся при испарении перенасыщенных растворов в замкнутых морских бассейнах или озёрах, к которым относятся отложения плотных и иолитовых известняков и известковых туфов, магнезита.

К карбонатным породам относятся микрозернистые (афанитовые) известняки, а также мономинеральные породы, сложенные кальцитом, с зернистой или кристаллической структурой, пористой или кавернозной текстурой; в зависимости от текстуры средняя плотность известняков изменяется в пределах 2.6 ... 1.0 г/см3. Месторождения известняков известны в центральной части России, на Кавказе.

Магнезиты являются светлоокрашенными породами, состоящими из минерала магнезита. Прочность и плотность их выше, чем у известняков, но в природе они встречаются реже. Магнезиты являются сырьём для произволст-

ва огнеупорных изделий, а скрытокристаллические разновидности с плотностью 2.9 ... 3.0 г/см3 - для изготовления минеральных вяжущих (каустического магнезита) и изделий на их основе. Месторождения магнези-тов находятся на Южном Урале и Дальнем Востоке.

Сульфатные породы. Главными представителями их являются гипс и ангидрит. Они являются мономинеральными породами зернистокристалличе-ской структуры, сложенными минералами одноимённого названия с небольшими примесями глины, песка и органических веществ.

Ангидриты более плотные породы по сравнению с гипсом. Плотность сульфатных пород 2.2 ... 2.9 г/см3, прочность на сжатие 60 ... 80 МПа. Гипс и ангидрит служат сырьём для производства вяжущих.

Месторождения их известны на Средней Волге, Кавказе и Башкирии.

Породы органогенного происхояедения образовались при непосредственном или косвенном участии организмов. Для этих пород характерны цельно-раковинные и органогенно-детритовые структуры, состоящие из обломков раковин. Из этой группы рассматриваются породы кремнистого и карбонатного составов.

Кремнистые породы сложены опалом, минералами группы халцедона и осадочным кварцем. Они образуются в холодных морях, реже в озёрных водоемах при участии организмов, концентрирующих в своих скелетах опал. Главными представителями пластовых пород являются диатомиты, трепелы, опоки и яшмы. Диатомиты - белые или желтоватые рыхлые породы, состоящие из мельчайших слабосцементированных кремнистых скорлупок диатомита. Трепелы - светлоокрашенные рыхлые, лёгкие и пористые опаловые породы. По физико-химическим свойствам они близки между собой: высокопористы (средняя плотность 0.40 ... 1.3 г/см3), огнеупорны, кислотоупорны, плохо проводят звук и теплоту, отличаются большим водопоглощением, используются как адсорбенты, изоляционные, фильтрующие, шлифующие строительные материалы. Месторождения имеются в Поволжье. Опоки представляют собой сцементированные кремнистым веществом трепелы или диатомиты. Плотность опок колеблется от 0.2 до 1.2 г/см3. Они имеют низкий предел прочности при сжатии - 1 ... 3 МПа, малую среднюю плотность - 1.2 ... 1.5 г/см3 . Как правило, неморозостойки. Применяются в качестве стенового материала, заполнителей в лёгких бетонах, дорожного материала, сырья для получения белых вяжущих веществ и различных добавок. Крупные месторождения опок находятся в районах Средней и Нижней Волги, на Урале. Яшмы сложены микрозернистым халцедоном SiCb и отличаются полосчатой тёмно-красной, желтовато-зеленоватой или чёрной окраской. Являются очень твёрдыми, крепкими однородными тонкозернистыми породами и используются в качестве прочного декоративного и поделочного материала. Они широко распространены на Урале, Тянь-Шане. Кремни встречаются в разнообразных вмещающих породах в виде пластов, линз, желваков и состоят из

опала и халцедона, иногда с примесью кварца. Наиболее распространёнными являются однородные, очень твёрдые микрозернистые, часто полосчатые, серого, красноватого, чёрного цвета кремни. Они используются исключительно как абразивный материал.

Карбонатные породы органогенного генезиса сложены преимущественно кальцитом с примесями кремнезёма, глинистых и песчаных частиц, оксидов железа и др. Широко распространены органогенные известняки, образованные путём накопления продуктов жизнедеятельности растительных и животных организмов на дне мелководных тёплых морей: ракушечники, коралловые известняки, мел. Органогенные известняки залегают пластами значительной мощности в несколько десятков метров. Главными их структурами являются цельнораковинная, органогенно-детритовая. По текстурному признаку выделяются плотные, мелко- и крупнопористые, а также кавернозные разновидности. Распространение органогенных известняков повсеместно: в Сибири, Урале. Разновидностями органогенных известняков являются ракушечники, мел. Мел рассматривается как микрозернистая, слабосцементиро-ванная мягкая порода, сложенная мельчайшими частицами скелетов карбонатных водорослей и одноклеточных животных. Вследствие малой прочности мел выгодно использовать в цементной промышленности. Он применяется для получения чистой белой извести, в производстве стекла, углекислоты, как активный наполнитель пластмасс, резиновых изделий. Средняя плотность известняков колеблется от 1.2 до 3.1 г/см3, а прочность при сжатии от 10 до 200 МПа. Средняя плотность ракушечников изменяется в пределах 1.0 ... 1.7 г/см3, а прочность при сжатии от 10 до 60 МПа. Месторождения мела имеются в Среднем Поволжье, Курской, Воронежской, Белгородской областях.

Смешанные породы представляют собой смеси карбонатных и глинистых пород, к которым относятся доломиты и мергели. Доломитами называются породы, состоящие преимущественно из минерала доломита, в котором содержится до 45.8 % магнезита. Макроскопически они похожи на известняки и опознаются по реакции вскипания только с подогретой НС1 или с холодной - в порошке. Окрашены в белый, серый, жёлтый цвета. Залежи доломитовой породы находятся на Верхней Волге, во Владимирской области. Для доломитов характерны сахаровидная, зернистая, плотная структуры и разнообразные, от плотной до пористой (кавернозной) и часто трещиноватой, текстуры. Плотные доломиты характеризуются средней плотностью от 2.7 до 2.9 г/см3 и пределом прочности при сжатии в интервале от 60 до 150 МПа. Месторождения доломитов известны в Московской области, Поволжье, на Урале.

Мергели содержат от 25 до 75 % СаСОз и являются переходными между карбонатными и глинистыми породами. При содержании 25 ... 50 % глины в составе известняков образуются собственно мергели, которые с повышением

до 50 ... 75 % переходят в глинистые мергели, а при последующем её увеличении превращаются в известковистые глины. В составе мергелей вместо кальцита могут находиться доломит и кремнезём, образуя, соответственно доломитовые и кремнезёмистые мергели. Мергели - тонкозернистые, однородные по структуре, жёлтые, серые, неустойчивые к химическому выветриванию породы с физико-химическими свойствами, зависящими от содержания глины.

Средняя плотность их составляет 1900 ... 2500 кг/м3 , а предел прочности при сжатии - 60 МПа. Они быстро диагностируются с помощью НС1 - бурно вскипают с образованием на поверхности породы грязного пятна, чего не наблюдается при аналогичной реакции у известняков. Мергели являются лучшим сырьём для производства цементов. Их месторождения широко распространены в пределах Русской равнины.

Аллитовые (алюминиевые) породы состоят преимущественно из гидро-ксидов AI, часто с большим содержанием оксидов Fe. К ним относятся бокситы, состоящие в основном из гидроксидов алюминия с примесью опала, глинистых минералов. Чистые разновидности бокситов содержат до 63...75% глинозёма и до 25 ... 35 % воды. Окраска их может быть белой, охристо-жёлтой, бурой в зависимости от содержания оксидов железа. В структурно-текстурном отношении они могут быть микрозернистыми твёрдыми или рыхлыми разновидностями, похожими на глину. Бокситы являются рудами на А1, используются для получения глинозёмистых цементов, огнеупорных материалов, адсорбентов и др. Крупные месторождения их имеются на Урале, в Ленинградской области.