Характеристика обломочных осадочных пород

Обломочные горные породы. Они состоят из обломков разрушенных коренных пород или минералов, иногда с остатками разбитых раковин окаменелостей. Их классификация основана на величине, степени окатанности и сцементированности обломков (табл. 13 и табл. 14), которые зависят от прочности и устойчивости коренных (разрушенных) пород к процессам выветривания, а также стадии развития породы: выветривание, денудация, аккумуляция или диагенез. Так рыхлые породы из угловатых рыхлых обломков являются продуктами (результатом) физического выветривания; из окатанных – выветривания, переноса (денудации) и накопления (седиментации) рыхлых отложений. Сцементированные обломочные породы прошли в своем развитии стадию диагенеза, в течение которой между обломками образовались карбонатные или кремнистые минералы, или отложились тонкообломочные минералы – глины. Рыхлые породы имеют обычно молодой, четвертичный возраст и лежат вблизи поверхности, а …
сцементированные – более древний возраст. Большая часть сцементированных плотных обломочных пород накапливается на дне морей и океанов, куда сносятся в конечном счете многие продукты выветривания, и поэтому такие породы называются еще терригенными (снесенные с континентов – суши). Для обломочных пород зачастую понятие «структура» путается с «текстурой», поэтому можно характеризовать просто строение пород.

Щебень и дресва состоят из неокатанных обломков различных наиболее прочных горных пород и минералов и отличаются размерами обломков. Они имеют элювиальное (продукты выветривания горных пород, оставшиеся на месте своего образования) и делювиальное (образуется при перемещении и скоплении обломков горных пород на склонах и у подножия возвышенностей и

 

 

Таблица № 12

Характеристика широко распространенных осадочных горных пород и грунтов

 

Название и класс (обломочная, химическая, биохимическая) Минеральный состав (породообразующие) и химический состав Строение Цвет и другие отличительные свойства Класс и разновидности грунтов (по гранулометрическому составу, водопроницаемости, прочности и сжимаемости, размягчаемости, пластичности, засоленности, растворимости и др.)
Текстура Структура
Песок, обломочная Глины Галька Лесс Песчаник Брекчия Конгломерат Известняки разной текстуры Мел Мергель Доломит Опока Диатомит Каменная соль Гипс Ангидрит            
           

Выполнил Проверил

 

 

Таблица 13

Осадочные обломочные горные породы (определитель)

 

По размеру обломков, мм Рыхлые Сцементированные Главные минералы Строение
Остроугольные Окатанные Остроугольные Окатанные Структура Текстура
Крупно- обломочные ->2…>100 Глыбы >100 Щебень – 10-100 Дресва – 2-10 Валуны Галька Гравий   Брекчия Конгломерат Обломки разных пород Структура цементированных пород определяется цементом Рыхлая, окатанная или не окатанная, обломочная или цементная
Средне- обломочные, 1…2   Пески   Песчаники Кварц, оливин, полевые шпаты, гранат и др.
Мелко- обломочные, 0,1…0,005   Лёссы   Алевролиты Пылевые частицы кварца и др.
Тонко- обломочные < 0,005   Глины Аргиллиты Мергели   Каолинит, монтмориллонит и др.

 

Таблица 14

Основные структуры сцементированных обломочных пород

 

Название групп структур Название основных структур Отличительные признаки Влияние на свойство пород
Псефитовые   Галечная     Гравийная     Щебневая Дресвяная     Свойственна конгломератам: окатанные обломки размером 10…100 мм Свойственна гравелитам: окатанные обломки размером от 2…10 мм Наблюдается в брекчиях и дресвяниках. Характерна неокатанная форма обломки диаметром 10 … 100 мм (щебень) и 2 … 10 мм (дресва) Свойства и устойчивость, кроме размера обломков, зависят от их минерального состава, характера и ти­па цемента
Псамитовые Крупнозернистая     Среднезернистая Мелкозернистая Наблюдается в песчаниках при размере зерен 2…0,5 мм 0,5…0,25 мм 0,25…0,1 мм Свойства и устойчи вость пород, кроме размера обломков, зависят от минерального состава обломков, характера и типа цемента
Алевритовые Крупно- алевролитовая   Мелко- алевролитовая Характерна для алевролитов с размером зерен 0,1… 0,05 мм Характерна для алевролитов с размером зерен 0,05…0,005 мм Неустойчивы к выветриванию: в сухом состоянии – твердые, при увлажнении становятся мягкими, набухают в воде, размокают иногда до полной потери связности
Пелитовая Свойственна для аргилли­тов и уплотненных глин менее 0,005 мм

гор) происхождение, залегают в идее маломощных покровов и шлейфов у подножий, покрывая почти все земную поверхность. Поскольку в виде щебня и дресвы сохраняются наиболее прочные коренные породы, то эти отложения имеют коэффициент крепости в среднем 1,5.

Галька и гравий отличаются от щебня и дресвы окатанностью обломков, которая возникает при длительном переносе на значительные расстояния. Степень окатанности и сортировки крайне разнообразна. Они разделяются на речные, озерные, морские и ледниковые отложения, залегающие в виде слоев и линз. Пустоты между гальками и гравием достаточно велики. Галечниковые и гравийные зерна практически не обладают способностью к капиллярному поднятию воды, зато хорошо водопроницаемые и легко отдают воду.

Галечники и гравий имеют большое практическое значение как легко сортируемый и обрабатываемый строительный материал. Употребляются для приготовления бетона, в дорожном строительстве и при устройстве фильтров в гидротехнических сооружениях.

Пески – рыхлая порода, состоящая из окатанных или остроугольных зерен различных минералов и пород разных цветов. Преобладают кварцевые пески, но не редко вместе с ним присутствуют зерна полевых шпатов, слюд, магнетит и других минералов. Иногда встречаются пески, состоящие почти исключительно из зерен доломита, магнетита, сланцев, обломков ракушек или пород. Пески по условиям образования могут быть речными, озерными, морскими, ледниковыми и дюнными, отличаются слоистостью, окатанностью, минеральным составом и другими свойствами.

Пористость песков значительно меньше, чем пористость других обломочных пород (лесс, глина); она обычно равна 30…40%. К очень важным свойствам песка относится его особенность не изменять объем при высыхании и увлажнении и способность поглощать, пропускать через себя и отдавать воду. Песок, насыщенный водой, может течь и возникают плывуны на склонах. Песок, насыщенный водой, но не имеющий возможности перемещаться и подвергаться размыву, может быть надежным основанием. Пески обладают малым капиллярным поднятием воды. Коэффициент крепости 0,5…0,6. Коэффициент фильтрации 1…1400 см/ч.

Пески имеют большое практическое значение как материал для строительных целей, для изготовления фаянса, фарфора и стекла; как материал для фильтрования в водопроводных установках и других целей.

Лесс – смесь мельчайших зернышек (0,05…0,005 мм) кварца, глинистых частиц и кальцита, сильно распыленного, частью в виде скорлуповатых мельчайших шариков, желтовато-белая, легкая, пористая порода, при растирании превращается в порошок. Отличается большим сцеплением частиц и может образовывать отвесные многометровые обрывы. В лёссе много тонких вертикальных трубочек со следами корней растений; много известковых конкреций (журавчиков или лёсовых куколок) причудливой формы. Для типичного лёсса характерно отсутствие слоистости. Он широко распространен на земной поверхности и занимает около 4% суши. Большинство ученых считает типичный лёсс эоловым образованием, однако существуют гипотезы о почвенно-элювиальном, делювиальном, пролювиальном и даже озерно-ледниковом его происхождении. Лесс относится к специфическим грунтам за счет своих инженерно-геологических характеристик: в сухом виде он может служить основанием под сооружения, но при увлажнении подвержен сильному уплотнению, в результате которого получаются значительные просадки. Просадочность лёсса – следствие его высокой пористости и действия воды, изменяющей структуру лёсса. Коэффициент крепости 0,8, для разжиженного лёсса 0,3. Коэффициент фильтрации пыли 0,51…1,62 см/ч.

Глины – тонкодисперсные породы, в состав которых входят, главным образом, глинистые минералы – продукты химического разложения (гидролиза) силикатов, по преимуществу полевых шпатов. Наряду с глинистыми минералами

 

– каолинитом, монтмориллонитом и другими, в глинах содержатся примеси в больших или меньших количествах частиц кварца, полевых шпатов и других минералов, в том числе гидроокисдов железа – лимонита бурой окраски. Глинистые породы являются наиболее распространенными на земной поверхности и среди осадочных пород, составляя 50 % от их общего объема.

Глины делятся на жирные и тощие. Первые – жирные на ощупь, цвет их чаще всего серый, светло-серый, зеленовато-серый. Содержание каолинита в них высокое – от 40 до 70%. Эти глины обладают большой стойкостью при высоких температурах. Вторые – тощие глины – менее жирны на ощупь, и состоят из мельчайших частиц полевых шпатов и кварца, а также каолинита в количестве менее 40…10 %. Окрашены они преимущественно в желтые, желто-бурые, красно-бурые цвета различных оттенков ок5сидами железа.

По условиям образования глины разделяются на первичные, или остаточные, и вторичные, или осадочные глины. Остаточные глины – это продукты гидролиза силикатов и преимущественно полевых шпатов. Вторичные глины образовались за счет первичных глин путем перемещения их в горизонтальном направлении и переотложения в водоемы и понижения, отличаются лучшей сортированностью и жирностью.

Глины в сухом состоянии твердые и представляют собой плотную, растирающуюся в порошок породу. Они обладают значительной пористостью; сухие глины энергично впитывают в себя воду и, сделавшись при этом пластичными, отдают эту воду очень медленно (см. табл. 9). При этом они заметно увеличиваются в объеме – набухают. Глины отличаются большим водопоглощением – до 70 % своего объема, капиллярным поднятием и, насытившись водой, водонепроницаемостью (водоупорны). Они способствуют развитию оползней при соответствующих достаточно крутых склонах; в качестве кроющих пластов обеспечивают получение артезианских (напорных) вод. Под действием внешней нагрузки неуплотненные разновидности глин сильно сжимаются, но это сжатие происходит очень медленно и может продолжаться сотни лет. Тяжелые здания, возводимые на таких глинах, могут давать значительные и часто неравномерные осадки.

К глинистым грунтам относятся супесь, суглинок и глина. Супесь представляет собой переходную породу от песков к глинам. Количество глинистых частиц в них 3…10%. Влажная супесь при раскатывании в руках рассыпается. Коэффициент фильтрации супеси 0,01…36 см/ч. Суглинок содержит больше глинистых частиц – 10…30%, по своим свойствам напоминает глину, однако влажный суглинок при раскатывании и изгибе в руках растрескивается. Коэффициент фильтрации суглинка 0,06…5,0 см/ч. Глина содержит глинистых частиц более 30%, за счет чего жгут из влажной глины можно свернуть в баранку. Коэффициент крепости глины 1,0. Коэффициент фильтрации 0,000002… 0,001 см/ч. Глинистые породы переслаиваются и быстро выклиниваются по площади распространения.

Каолиновые глины используется в фарфоровой и писчебумажной промышленности, жирные глины используются как огнеупорный материал, а более тощие – для кирпичного, черепичного и гончарного производства. Сукновальные глины, отличающиеся свойством поглощать жиры и масла, применяются при очистке шерсти, сукна и т.д. Из глауконитовых глин получается хорошая зеленая минеральная краска, из железистых глин – красные краски, умбра, сиена, охра.

Аргиллит (или глинистый сланец) – очень уплотненная тонкообломочная глинистая порода с выраженной слоистостью, переходящей местами в сланцеватость. Состоит из мельчайших частиц каолинита, чешуек мусковита, хлорита, мельчайших зернышек кварца с примесью углистых частиц и гидрооксидов железа, поэтому часто имеет темную до черной или с бурыми оттенками окраску. Глинистые сланцы залегают в виде пластов, горизонтальных или смятых в складки, нарушенных разломами.

Распространены глинистые сланцы обычно в складчатых областях: на Кавказе, на Урале и др. Разновидности темно-серого цвета, обладающие тонкоплитчатой отдельностью, называются кровельными сланцами. Аспидные сланцы отличаются черным цветом из-за присутствия углистого вещества. Битуминозные и горючие сланцы – листовые породы черного и темно-серого цвета, богатые битумами.

Глинистые сланцы с хорошей тонкоплитчатой отдельностью применяются как очень устойчивый кровельный материал. Из них изготавливают ступени лестниц, плинтусы, половые плитки, подоконники, панели, столовые доски, умывальники. Сланцы, не содержащие примеси рудных минералов, используются в электротехнике вместо мрамора. Отходы кровельно-сланцевого производства используются для изготовления асфальта и искусственных дорожных камней.

Инженерно-геологическая характеристика — глинистые сланцы отличаются от глин значительно большей твердостью. Коэффициент крепости крепкого глинистого сланца 4. Временное сопротивление сжатию 60…200 МПа.

Песчаники – сцементированные плотно-слоистые пески различной прочности, образуются в результате диагенеза, уплотнения рыхлых осадков под весом вышележавших отложений. По абсолютному размеру различают крупнозернистые, средне-зернистые и мелкозернистые песчаники. Состоят преимущественно из самого распространенного и физически и химически устойчивого кварца. В зависимости от минералогического состава цемента песчаники подразделяются на кремнистые, известковые, глинистые, железистые, гипсовые (см. табл. 9, 13 и 14). Залегают в виде пластов и линз.

Песчаники широко распространены в Карелии, в Центральных областях России, в Поволжье, на Урале. Песчаники различаются по минеральному составу зерен песка: на мономинеральные (обычно кварцевые), полиминеральные аркозовые (состоят из кварца, полевых шпатов и слюды) и граувакки (состоят из обломков различных пород, амфиболов, кварца, полевых шпатов и слюды), а также по цементу (см. табл. 9).

Песчаники широко используются как строительный материал особенно там, где нет других каменных строительных материалов. Богатые кремнекислотой (не менее 97%) разновидности песчаников используются в качестве ценного динасового сырья. Песчаники с кремнистым цементом широко используются в строительстве как бутовый материал, некоторые разновидности с успехом используются для изготовления жерновов.

В зависимости от пористости, влажности, цементирующего вещества, а также от строения и величины зерен, механическая прочность песчаников меняется в широких пределах (см. табл. 9). Пористые песчаники часто содержат артезианские воды, нефть и горючие газы. Прочность на сжатие колеблется в пределах 40…140 МПа. Коэффициент крепости 2…15.

Брекчия и конгломерат – сцементированные породы, состоящие соответственно из неокатанных остроугольных и окатанных обломков горных пород (см. табл. 13) и более мелкого цементирующего вещества. Состав обломков брекчий, в сравнении с конгломератами, менее сложный, поскольку область сноса обломков, слагающих брекчии, значительно меньше, чем обломков, входящих в состав конгломератов. Обломки обычно принадлежат одному или немногим типам пород. Обломки в конгломератах переносились на большие расстояния длительное время со многих мест. Состав цемента может быть различный: известковый, кремнистый, железистый, глинистый. Для брекчии характерна разнородность состава цемента в противоположность однородности состава обломков.

Брекчия образуется при тектонических и оползневых процессах путем накопления продуктов разрушения (обломков) горных пород у подножия склонов. Вулканические брекчии образуются цементацией крупнообломочных вулканических выбросов; туфо-брекчии – значительного количества пепла. Конгломераты – из обломков, которые накапливались по берегам морей, горных рек и озер. Обломки сцементированы выпадающими из вод разными химическими соединениями (известь и пр.) и оседающими мелкими глинистыми частицами. Залегают в виде пластов небольшой мощности – десятки, иногда первые сотни метров. Распространены преимущественно в складчатых областях: на Урале, Кавказе, а также в оползневых зонах. Из-за угловатой формы обломков брекчии прочнее конгломератов и более пригодны как строительный камень. В качестве облицовочного камня ценят за красоту брекчии.

Таким образом, обломочные породы очень разнообразны по составу, строению, формам залегания; выклиниваются и сменяют друг друга как по простиранию пород (по площади), так и на глубину. Континентальные современные обломочные обычно рыхлые породы имеют мощность первые метры до сотни метров, покрывая всю земную поверхность. Именно в этих породах, среди чередования и выклинивания обломочных и глинистых пород, строителям часто приходится проводить свои работы. Морские терригенные обломочные породы, простирающиеся на больших площадях, имеют мощность сотни и даже тысячи метров, а также более древний возраст. На равнинных участках в пределах платформ они залегают под чехлом континентальных отложений, в складчатых областях нередко лежат вблизи земной поверхности и попадают в сфере инженерной деятельности.

 

Таблица 15

Хемогенные и биогенные породы (определитель)

 

Химический состав Название пород Главные породообразующиеминералы Структура Текстура  
Хлориды Каменная соль Сильвинит Галит Сильвин Кристаллическая Массивная Полосчатая Слоистая  
Сульфаты Гипс Ангидрит Гипс Ангидрит  
Карбонаты Известняк Доломит Мел Мергель Кальцит Доломит Кальцит Глинистые минералы (40- 50%)  
Биоморфная Биосоматическая Мелко — тонко — зернистая Плотно – слоистая, Тонкопористая Биогенная    
Кремнистые породы Диатомит Трепел Опока Опал Халцедон Кварц