Структуры глинистых компонентов в цементе песчаных пород. Глинистая фракция пород представляет существенный интерес даже в тех случаях, когда присутствует в породе в подчиненном количестве или в виде незначительной примеси. Если глинистые минералы остаются неизменными среди изменяющейся основной массы породы, по ним можно судить о ранних этапах эволюции породы. И наоборот, если преобразуются глинистые минералы, а основная масса породы остается неизменной, по ним можно судить о недавних этапах эволюции породы.
Возникает проблема глинистых цементов, для которых тщательно разработана классификация структур глинистых цементов песчаников. Они подразделены на микроагрегатные, чешуйчатые, пленочные, крустификационные, вермикулитоподобные, лепидобластовые, сноповидные. В песках и песчаниках возникают новообразования глинистых минералов или слюидистых силикатов, составляющих существенную часть породы.
Слоистые силикаты участвуют в формировании оолитов и конкреционных структур. К этой категории близки также железные руды или породы с железистыми оолитами: изучение эволюции слоистых силикатов типа шамозитов и хлорита позволяет восстановить условия раннего и позднего диагенеза этих пород.
Особенностью некоторых глин является их пеллетовая текстура. Пеллеты представляют собой небольшие, округлые агрегаты глинистых минералов и мелкого кварца, рассеянные в матриксе, представленном тем же материалом. По размерам пеллеты составляют в диаметре 0,1-1,3мм, а в некоторых случаях достигают нескольких миллиметров(в длину). Их образование приписывают действию течения воды.
В некоторых глинистых породах осадочного происхождения проявляются реликтовые структуры, унаследованные от материнских пород, из которых они образовались. Примерами являются сапролиты, которые произошли от различных грубых вулканических и метаморфических пород. В этих породах достаточно хорошо сохранились « РЕЛИКТЫ» первичных минералов, поэтому можно проследить первоначальную гнейсовую сланцеватость, порфиробласты.
Другим примером реликтовой структуры являются бентониты и близкие к ним осадки, образующиеся in situ при преобразовании вулканического пепла. Нереликтовые структуры включают оолитовые и пизолитовые формы, возникающие в некоторых бокситовых и диаспоровых глинах. Известны также псевдоморфные замещения ракушечного материала монтмориллонитом и диагенетически перекристаллизованные структуры, подобные «метакристаллам» иллитовой слюды в тонкозернистой иллитовой основной массе. Большинство глинистых сланцев, однако, не проявляет ни одной из этих особенностей; они либо бесструктурны, либо слоисты/
Тонкослойные сланцы характеризуются ориентированными пластинчатыми слюдистыми компонентами, параллельными плоскости напластования, что хорошо видно под микроскопом. Хотя отдельные кристаллы располагаются не строго параллельно к плоскости напластования, шлифы, приготовленные перпендикулярно к этой плоскости, проявляют эффект одновременного погасания, как и в случае если бы шлиф был сделан из единого кристалла. В пластинчатых минералах световые колебания медленнее и параллельны спайности, поэтому проявляется параллельное погасание - эффект агрегатного погасания.
Однако в некоторых глинах и сланцах глинистые минералы проявляют беспорядочную ориентировку. Подобное явление может быть результатом аутигенной кристаллизации на месте. В других случаях подобное явление вызывается нарушением первичной структуры иллоядными донными организмами.
Свежеотложенные илы имеют чрезвычайно высокую водонасыщенность и очень большую пористость. Первоначальная пористость может составлять 70-80%. Поскольку в среднем в глинистых сланцах пористость составляет только 13%, то это означает, что первичные отложения были сильно уплотнены и обезвожены. Тот факт, уменьшение пористости происходит скорее за счет уплотнения, а не выполнения пор (как у песчаников), подтверждается постепенными изменениями структуры, которые направлены на то, чтобы ориентировать глинистые пластинки параллельно друг к другу и плоскости напластования.
6. Общие свойства
Свойства глин целиком зависят от их химического и минерального состава, а также от величины составляющих их частиц. Уже одни эти. факты указывают нам на важнейшие свойства глин.
Важнейшими свойствами глин являются:
1) способность в смеси с водой образовывать тонкие «взвеси» (мутные лужи) и вязкое тесто;
2) способность набухать в воде;
3) пластичность глиняного теста, т. е. способность его принимать и сохранять любую форму в сыром виде;
4) способность сохранять эту форму и после "высыхания с уменьшением объема;
5) клейкость;
6) связующая способность;
7) водоупорность, т. е. способность после насыщения определенным количеством воды не пропускать через себя воду.
Глины могут быть всех цветов - от белого до черного. На Украине и в некоторых других районах белая глина служит материалом для побелки стен, печей и т. д. Когда хотят покрасить стены в цветные тона, берут желтые, красные, зеленые и другие глины. Таким образом, здесь мы имеем дело с новым свойством глины - с красящей и кроющей ее способностью.
7. Физические свойства.
Большое разнообразие условий образования и степени литификации глинистых пород обусловливает значительный диапазон изменения их свойств. Среди физических свойств наименее изменчивы показатели плотности глинистых пород. Они варьируют от 2,50 до 2,85 г/см3. Примесь органических веществ понижает плотность глин, так как для гумуса она равна 1,25--1,40 г/см3. У минеральных монтмориллонитовых глин ее величина также низкая -- до 2,25 г/смі.
Значения пористости варьируют от 25--30 до 60%; подавляющая часть пор является открытой, доступной для жидкой компоненты.
Наибольшей плотностью, как правило, обладают древние глины, залегающие на значительных глубинах и испытавшие сильное уплотнение. К этой категории относятся большая часть палеозойских, мезозойских, некоторые эоценовые и палеогеновые глины. Высокую уплотненность, независимо от возраста, имеют глинистые образования горно-складчатых районов, такие, как апшеронские глины Закавказья, олигоценовые глины Западного Кавказа. Среди континентальных четвертичных отложений наибольшую уплотненность имеют ледниковые глинистые залегания. Наименьшими показателями уплотнения характеризуются четвертичные озерные, озерно-ледниковые, аллювиальные и делювиальные глинистые образования.
С плотностью и пористостью глинистых пород тесно связана их водопроницаемость. Большая часть глин и суглинков относится к слабопроницаемым или практически водонепроницаемым породам. Значения коэффициента фильтрации для них изменяется от 10-3 до 10-5 м/сут. Это объясняется наличием у глин и суглинков ультракапиллярных пор, полностью занятых связанной водой. Фильтрация через такие поры возможна только при превышении начального градиента.
Важной особенностью глинистых пород является их способность вступать в обменные реакции, приводящая к изменению их состава, строения и свойств. Обменная способность глин часто используется в практических целях, например в химической промышленности, а также при целенаправленном изменении их свойств, таких, как водопроницаемость, липкость и др. Глинистые породы благодаря особенностям гранулометрического и химико-минерального состава проявляют четко выраженные физико-химические свойства. Так, многие глинистые породы при их увлажнении набухают, а при высушивании дают усадку, что сопровождается изменением объема от нескольких до 25--30%, а в некоторых случаях и больше. Развиваемое при этом давление набухания может достигать 1,0--1,5 МПа. При определенных условиях глинистые породы обладают липкостью, величина которой может достигать 5--6 Н/смІ.
Среди различных типов глин наиболее гидрофильными, а следовательно, и более склонными к проявлению названных свойств являются глины и тяжелые глины, содержащие значительное количество набухающих глинистых минералов (монтмориллонита, смешаннослойных) и органического вещества. Присутствие солей, а также слабогидрофильных глинистых минералов (типа каолинита) приводит к снижению показателей этих свойств. Наибольшая обменная способность, пластичность, набухание, усадка, липкость у высокопористых озерных глин, глин старичной фации аллювия, богатых органикой, у многих озерно-ледниковых и элювиальных глин, а также у лагунных и морских глин, лишенных солей. Наименее гидрофильны супеси и суглинки ледникового и аллювиального (пойменная фация) происхождения. Набухание, усадка и липкость глин помимо дисперсности и химико-минерального состава зависят от их степени уплотнения и прочности структурных связей. Наибольшим набуханием обладают высокогидрофильные, умеренно уплотненные глины с коагуляционным и переходным типом структурных связей. Таковыми являются, например морские отложения юры Русской платформы, некоторые разности сарматских глин Предкавказья и др.
Слаболитифицированные, высокопористые и, наоборот, сильнолитифицированные глины с переходным типом структурных связей обладают низкими показателями набухания. У первых это объясняется высокой пористостью и влажностью, а у вторых -- наличием прочных структурных связей, препятствующих набуханию. К таким глинам относятся современные отложения морей и озер, многие четвертичные образования морского, озерного, водно-ледникового и аллювиального генезиса, а также глины древних комплексов -- девона, карбона и перми.
Глинистые породы обладают различной деформируемостью и прочностью. Коэффициент их сжимаемости изменяется от единиц (у слаболитифицированных глин) до тысячных долей МПа"1 (у сильнолитифицированных глин). Модуль общей деформации варьирует от нескольких до 50--60 МПа. Угол внутреннего трения и сцепления изменяется соответственно от 5--10° и 0,01 -- 0,05 МПа до 20-36° и 0,12-0,6 МПа. Столь широкий диапазон изменения механических свойств глинистых пород объясняется их различным составом, уплотненностью, влажностью и др. Среди многочисленных факторов, влияющих на прочностное и деформационное поведение глин, важнейшим является характер структурных связей. Глинистые породы с коагуляционным типом структурных связей характеризуются наибольшей сжимаемостью. График сжимаемости таких глин имеет вид экспоненциальной кривой, наклон которой к оси абсцисс постепенно уменьшается, вследствие чего коэффициент их сжимаемости постепенно снижается по мере уплотнения от 1 до 0,1 МПа-1, а модуль общей деформации соответственно возрастает от 1 до 10 МПа. В условиях быстрого неконсолидированного сдвига такие глины дают криволинейную зависимость т = / (а) . Значения (р и С при этом являются небольшими и, как правило, не превышают 5--15° и 0,05 МПа. При проведении опытов в условиях медленного консолидированного сдвига зависимость т =/(ст) приближается к прямолинейной, а значение С возрастает. Характер деформирования при сдвиге -- вязкопластичный, остаточная прочность несущественно отличается от пиковой. Подобными прочностными и деформационными свойствами обладают современные и четвертичные глины и суглинки континентального, лагунного и морского происхождения со слабой и средней степенью уплотнения, высоким водонасыщением, мягкопластичной и пластичной консистенцией.
Глинистые породы с переходным типом структуры характеризуются значительно меньшей сжимаемостью: значение коэффициента сжимаемости составляет сотые доли МПа, а модуль деформации -- 15--50 МПа. Зависимость сдвигающего усилия от нормальной нагрузки имеет прямолинейный характер как для консолидированного, так и неконсолидированного сдвига. Разрушение при сдвиге хрупкое, остаточная прочность намного ниже пиковой. Угол внутреннего трения изменяется в пределах 18--32°, сцепление -- 0,1--0,4 МПа.
Наиболее часто глинистые породы с переходным типом контактов встречаются среди пород морского, лагунного и ледникового происхождения с высокой степенью уплотнения и водонасыщения, а также пород различного генезиса и степени уплотнения, находящихся в аридной зоне и имеющих невысокую степень водонасыщения.
Указанными выше прочностными и деформационными свойствами могут обладать породы различного возраста и генезиса, испытавшие значительное уплотнение или частичную цементацию в ходе литогенеза. Часто среди них встречаются недоуплотненные и переуплотненные глины. Первые образуются за счет ранней цементации, а вторые -- при разгрузке литифицированных пород с сохранением у них части фазовых цементационных контактов.
Таблица. Содержание тонкодисперсных фракций в глинах
Группы глин | Содержание частиц, %, размером менее | ||
10 мкм | 1 мкм | ||
Высокодисперсные | Свыше 85 | Свыше 60 | |
Среднедисперсные | 60...85 | 40...60 | |
Низкодисперсные | 30...60 | 15...40 | |
Грубодисперсные | Менее 30 | Менее 15 |
8. Минеральный состав
Минеральный состав глин отличается неоднородностью, однако в нем всегда преобладают глинистые вещества. В составе глинистого сырья в виде примесей встречаются зерна кварца, полевых шпатов, слюды, оксиды и гидрооксиды железа и марганца, а также органические вещества, растительные и животные остатки. В глинистом веществе может содержаться в большом количестве один или несколько минералов. Исходя из этого, глины подразделяют на мономинеральные, когда глинистое вещество состоит преимущественно из одного минерала, и полиминеральные, когда глинистое вещество состоит из нескольких минералов.
Глинистые минералы представляют собой водные алюмосиликаты
(xАl2О3 * ySiO2 * zH2O),
где х, y, z имеют различные значения.
К важнейшим глинистым минералам относятся: каолинит -- Аl2О3 * 2SiO2 * 2Н2О, монтмориллонит -- (Са, Mg)O * Аl2О3 * 4 -- 5SiO2 * xН2О, гидрослюда (иллит) -- К2О * MgO * 4Аl2О3 * 7SiO2 * 2Н2О и др.
Мономинеральные глины, состоящие преимущественно из каолинита или минералов каолинитовой группы, называют каолином. Каолин отличается от других глин высоким содержанием глинозема Аl2О3, меньшей пластичностью и обладает свойством придавать повышенную белизну обожженному керамическому материалу.
Минералы, содержащиеся в глинах | Минералы, загрязняющие глины | |
Каолинит (Al2O3·2SiO2·2H2O) Андалузит, дистен и силлиманит (Al2O3·SiO2) Галлуазит (Al2O3·SiO2·H2O) Гидраргиллит(Al2O3·3H2O) Диаспор (Al2O3·H2O) Корунд (Al2O3) Монотермит (0,2[K2MgCa]0·Al2O3·2SiO2·1,5H2O) Монтмориллонит (MgO·Al2O3·3SiO2·1,5H2O) Мусковит (K2O·Al2O3·6SiO2·2H2O) Наркит (Al2O3·SiO2·2H2O) Пирофиллит (Al2O3·4SiO2·H2O) | Кварц(SiO2) Гипс (CaSO4·2H2O) Доломит (MgO·CaO·CO2) Кальцит (CaO·CO2) Глауконит (K2O·Fe2O3·4SiO2·10H2O) Лимонит (Fe2O3·3H2O) Магнетит (FeO·Fe2O3) Марказит (FeS2) Пирит (FeS2) Рутил (TiO2) Серпентин (3MgO·2SiO2·2H2O) Сидерит (FeO·CO2) |
9. Основные представители горной породы
Глина -- тонкодисперсная порода, состоящая из частиц размером менее 0,01 мм и содержащая около 30 % частиц размером меньше 0,002 мм. Вещественный состав: глинистые минералы (каолинит, монтмориллонит, гидрослюда), кварц, слюды, оксиды и гидроксиды железа, алюминия, карбонаты, сульфаты, фосфаты, органическое вещество. Большинство глин имеет полиминеральный состав, встречаются также мономинеральные (каолиновые, монтмориллонитовые, бентонитовые) глины. Окраска зависит от примесей: белая, желтая, красная, бурая, серая, черная. В сухом состоянии имеет пелитовую структуру, землистую (порошковатую) текстуру. Во влажном состоянии обладает свойствами липкости, пластичности, набухания, размокания.
Практическое значение -- керамическое сырье, основа для производства огнеупорных изделий. Применяется также в целлюлозной, парфюмерно-косметической и других видах промышленности.
Аргиллит -- плотная, твердая, камнеподобная порода, образующаяся в результате диагенеза глин. Состоит из частиц размером менее 0,01 мм, Вещественный состав смешанный и ли гидрослюдистый. Окраска разнообразная - темных тонов черная. Структура пелитовая. Текстура слоистая. Для аргиллитов характерна остроугольная, тонкоплитчатая отдельность, часто с раковистым изломом. В отличие от алевролитов -- мылкие на ощупь при смачивании водой, не имеют шероховатой поверхности.
Практическое значение -- сырье для изготовления огнеупорных изделий.
10. Список используемой литературы
1.Общий курс петрографии О.Н.Белоусова В.В. Михина 1972 «НЕДРА»
2. Глинистые породы и их свойства (Соколов В.Н. , 2000), «НАУКИ О ЗЕМЛЕ
3.Основы геологии (часть 1) В.А.Ермолов Л.Н. Ларичев В.В. Мосейкин 2004год издательство МГГУ
Страницы: 1, 2
