Глинистые породы

Наиболее распространенными осадочными породами являются глинистые, на долю которых приходится больше 50% от объема всех осадочных пород. Глинистые породы в основном состоят из мельчайших (меньше 0,02 мм) кристаллических (реже аморфных) зерен глинистых минералов. Кроме того, в их состав входят столь же мелкие зерна хлоритов, оксидов и гидрооксидов алюминия, глауконита, опала и других минералов, являющихся продуктами химического разрушения различных пород и отчасти глинистых минералов. Третья составляющая глинистых пород - разнообразные обломки размерами меньше 0,01 мм (0,005 мм). По степени литифицированности среди глинистых пород выделяют глины - легко размокающие породы и аргиллиты - сильно уплотненные, потерявшие способность размокать глины.

ГЛИНА. В сухом состоянии глины образуют крепкие агрегаты с пелитоморфной (мучнистой) структурой. Излом их землистый или раковис-тый, текстура мелкопористая, растираются в порошок. Они впитывают влагу и становятся при этом пластичными и водоупорными. Окраска разнообразна и зависит как от цвета глинистых минералов, так и в значительной степени от примесей. В зависимости от свойств глинистых минералов некоторые глины при намокании разбухают, другие этим свойством не обладают. При специальных исследованиях выделяются разновидности глин, состоящие из тех или иных глинистых минералов. Применяются глины как огнеупорный материал, как поглотитель, для изготовления кирпича, керамики.

АРГИЛЛИТ - плотная, твердая порода. При уплотнении и окаменении глины обезвоживаются, цементируются, теряют пластичность и способность размокать и таким образом превращаются в аргиллит. Состоит из частиц размером менее 0,01 мм. Вещественный состав смешанный или гидрослюдистый. Обычно окрашены в более темные, чем глины, цвета. Структура пелитовая. Текстура массивная или 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.

Кроме песчаных, пылеватых и глинистых пород существует еще ряд смешанных пород, состоящих из частиц разных размеров и состава. К ним относятся СУПЕСИ, содержащие наряду с песчаными до 20-30% глинистых частиц, и СУГЛИНКИ, в которых количество глинистых частиц увеличивается до 40-50%. Соответственно с этим меняются и свойства пород, что, прежде всего, выражается в уменьшении пластичности при намокании от глин к пескам.

Химико-органогенные породы

Химические и органогенные породы образуются преимущественно в водных бассейнах. Структура химических (хемогенных) пород определяется агрегатным состоянием минералов, их слагающих - кристаллическим или аморфным, и размерами кристаллических зерен. Структура органогенных пород - состоянием слагающих их органических остатков и принадлежнос-тью организмов к тем или иным группам. Классификация хемогенных и органогенных горных пород обычно производится по химическому составу слагающих их минералов.

КАРБОНАТНЫЕ ПОРОДЫ. На долю карбонатных пород в осадочной оболочке Земли приходится около 14%. Они представлены известняками, доломитами, мергелями. Главный породообразующий минерал этих пород - кальцит, в меньшей степени - доломит. Соответственно, наиболее распространенными среди карбонатных пород являются известняки.

ИЗВЕСТНЯК - мономинеральная порода, состоящая из кальцита. Свойства, присущие этому минералу, могут быть использованы для определения известняков. Цвет известняков обычно светлый - белый, светло-желтый, светло-серый, но примесями может быть изменен в любой, вплоть до черного. Известняки бывают химического и органогенного (биогенного) происхождения. Первые образуются при выпадении кальцита из вод морей, озер, подземных вод. Среди них различают:

1) плотные мелко- и тонкокристаллические массы, в которых кристаллическое строение определяется лишь микроскопически - плотные (пелитоморфные) известняки;

2) скопление известковых оолитов скорлуповатого или радиально-лучистого строения, соединенных известковым цементом - оолитовые известняки, образующиеся в прибрежной зоне моря;

3) сильнопористые породы, состоящие из мелкокристаллического или скрытокристаллического кальцита, - известковые туфы, или травертины, - связанные с выходами на поверхность подземных вод;

4) обломочные известняки, образованные обломками известняков разных размеров и окатанности, скрепленными карбонатным цементом.

Среди биогенных известняков прежде всего выделяются известняки, состоящие из цельных остатков органогенных построек или отдельных раковин - известняки-ракушечники и из их обломков - детритусовые известняки.

Следующий признак для подразделения органогенных известняков основывается на систематической принадлежности органических остатков. Например, выделяют известняки коралловые, брахиоподовые, фузулиновые и др. Иногда органические остатки бывают столь мелки, что невооруженным глазом не могут быть обнаружены. В таких случаях макроскопически не удается установить принадлежность породы к тому или другому из названных генетических типов. К таким породам относится, например, мел.

МЕЛ - белая землистая порода, сложенная из мелких частиц порошковатого кальцита, раковин фораминифер и одноклеточных морских водорослей с известковым панцирем.

В известняках обычно присутствуют различные примеси - кремнезем, углистое вещество, терригенный материал и др. Одной из распространенных пород смешанного состава является мергель.

МЕРГЕЛЬ - порода, состоящая из кальцита и на 25-75% из глинистых частиц. Внешне она мало отличима от известняков. Обычно светлая, но встречается бурая, красная и др. цветов. Текстура массивная или тонкослоистая. Структуры пелитоморфная. Определяющим признаком является реакция с соляной кислотой, после которой на высохшей поверхности породы возникает пятно, вызванное концентрацией глинистых частиц. По происхождению они являются морскими или озерными осадками. Используется как цементное сырье.

ДОЛОМИТ - осадочная горная порода, состоящая из минерала доломит CaMg(CO₃)₂. В доломитах часто содержится примесь кальцита и глинистого материала, иногда отмечаются гипс, целестин, флюорит, опал. Похожи на известняки и отличаются от них более слабой реакцией с соляной кислотой (реагируют только в порошке). Образуются главным образом при химических изменениях известняков, а также путем выпадения из водных растворов. Между доломитами и известняками имеются промежуточные разности - доломитизированные известняки.

Карбонатные породы широко используются в различных отраслях промышленности - в металлургии, для изготовления огнеупоров, в строительном деле и др.

КРЕМНИСТЫЕ ПОРОДЫ состоят главным образом из опала и халцедона. Так же, как карбонатные, они могут иметь биогенное, химическое и смешанное происхождение.

К биогенным породам относятся диатомиты и радиоляриты, состоящие из мельчайших, не различимых невооруженным глазом скелетных остатков диатомовых водорослей и радиолярий, скрепленных опаловым цементом.

ДИАТОМИТ - это сцементированная или рыхлая кремнистая порода, состоящая из остатков диатомовых водорослей. В диатомитах встречаются скелеты радиолярий и иглы губок, часто присутствует глинистое вещество, зернышки кварца и глауконита. Макроскопически - это белые, светло-серые или светло-желтые породы, легко растирающиеся в тонкий порошок, пачкающие руки. Очень легкие (объемная масса 0,4 - 0,85), что обусловлено большой микропористостью. С этим связана способность этих пород жадно впитывать влагу (липнут к языку). Диатомиты образуются на дне морей и озер. Иногда они слагают достаточно крупные залежи.

К хемогенным и хемобиогенным породам относятся также трепелы и опоки.

ТРЕПЕЛ - порода очень похожая на диатомит, но состоящая не из органических остатков, а из мелких (0,01 - 0,001мм) опаловых или кремнистых зернышек, скрепленных опаловым цементом. Происхождение трепелов не вполне ясно. Предполагают их образование биохимическим путем. Макроскопически неотличимы от диатомитов.

ОПОКА, как и трепел, состоит из зернышек опала и остатков кремневых скелетов организмов, что можно установить только микроскопически. Макроскопически это твердые породы белого, серого до черного цвета, обладающие обычно раковистым изломом. Некоторые при ударе раскалываются с характерным звенящим звуком. Легкие, но обладают большей, чем трепел, плотностью (1,1-1,82).

Химическое происхождение имеют гейзериты и кремнистые туфы, состоящие также из опала. Это светлоокрашенные породы с пористой текстурой. Образуются на поверхности из вод гейзеров и горячих минеральных источников.

Кремни - породы также химического происхождения, состоящие из халцедона, опала, глинистых частиц. Обычно встречаются среди осадочных пород в виде конкреций, возникших в процессе диагенеза.

Кремнистые породы применяются для изготовления кремнистого цемента, как тепло- и звукоизоляционный материал. Некоторые разновидности используются как поделочный камень.

Галоидные и сульфатные породы относятся к химическим образованиям, выпадающим в осадок из растворов. Классифицируются по минеральному составу.

СУЛЬФАТНЫЕ ПОРОДЫ - гипс, ангидрит.

ГИПС - порода, состоящая в основном из минерала того же названия CaSO₄nH₂O. В качестве примесей часто встречаются доломит, галит, пирит, опал, халцедон, кварц, глинистое вещество и песчано-алевритовый обломоч­ный материал.

Макроскопически гипсы обычно представляют собой слоистую или массивную породу различной плотности от микро- до грубо­зернистой структуры. Цвет белый, светло-серый, желтоватый до красного и черного. Массивные белые мелкозернистые разности гипса называют алебастром. Алебастром также называют обожженный при температуре 170°С гипс, используемый в строи­тельном деле. Розовые, параллельно-волокнистые разности, обыч­но выполняющие трещины, называют селенитом. Гипс легко определяется по своей небольшой твердости - он чертится ногтем.

АНГИДРИТ — порода, состоящая из минерала ангидрита. При­меси те же, что и у гипса. Цвет обычно голубовато-белый. Ангид­рит более твердая (твердость до 4) порода, чем гипс.

Гипс и ангидрит - типичные химические осадки. Ангидрит вы­падает из чистого раствора при температуре 66°С, а при наличии в растворе солей NaCl и MgCl - при температуре 20-30С. Гипс выпадает при более низкой температуре. Однако гипс образуется и при гид­ратации ангидрита

CaSO₄ + nH₂O → CaSO₄ • nH₂0.

Процесс этот сопровождается значительным увеличением объема (до 60%) и протекает обычно на глубине до 150 м. На большой глубине наблюдается обратный процесс - переход гипса в ангидрит.

Нагретый до определенной температуры гипс теряет воду и приобретает свойства вяжущего вещества, в качестве которого используется основная масса добываемого гипса.

ГАЛОИДНЫЕ ПОРОДЫ. Важнейши­ми из них являются: каменная соль (NaCl) и сильвинит (КСl). В чистом виде все они бесцветны или молочно-белого цвета. Примеси придают красный, желтый, бурый и другие цвета. Все соли легко растворимы в воде и в той или иной степени гигроскопичны. Структура обычно кристаллически-зернистая, текстура – массивная, тонкослоистая.

КАМЕННАЯ СОЛЬ - светлоокрашенные полнокристаллические агрегаты галита, образующие слоистые толщи, в которых нередко чередуются с прослоями других, близких по генезису пород (калийных солей, гипса и др.). Легко определяется по признакам, характерным для минерала галит.

СИЛЬВИНИТ – порода, состоящая преимущественно из минерала сильвина. Примеси – галит, доломит, глинистый материал.

Спутниками их являются гипс и ангидрит, карбонаты, глини­стый материал и иногда органические вещества. Соли - важней­шее сырье для химической и пищевой промышленности.

Большое практическое значение среди пород биогенного происхождения имеют железистые и марганцевые осадочные руды.

ЖЕЛЕЗИСТЫЕ ПОРОДЫ. Осаждение железистых пород происходит из коллоидных растворов. При этом большое значение имеет кислородный режим среды. В зависимости от наличия свободного кислорода выпадают окисные (гидрогетит, гематит), карбонатные (сидерит) или силикатные (железистые хлориты) руды. Наиболее распространены бурые железняки (лимониты), представляющие собой полиминеральную смесь.

БУРЫЙ ЖЕЛЕЗНЯК – порода, состоящая преимущественно из гидроксидов железа с глинистым и частично песча­нистым материалом. Окраска бурая с разнообразными оттенками. Структура скрытокристалли-ческая, пелитоморфная, текстура – землистая, пористая, оолитовая, слоистая. При содержании железа более 30—40% бурые железняки считаются железными рудами.

СИДЕРИТ – порода, состоящая из минерала того же названия. Структура кристаллически-зернистая, пелитоморфная. Текстура массивная. Сидериты являются важной рудой на железо.

30% мировой добычи железных руд приходится на долю осадочных месторождений железа.

МАРГАНЦЕВЫЕ ПОРОДЫ. В промышленном отношении также чрезвычайно важны марганцевые осадочные месторождения. Марганец также переносится и отлагается из коллоидных растворов, но на больших глубинах, чем железо. Марганцевые породы состоят преимущественно из смеси минералов: пиролюзита, манганита, псиломелана – оксидов и гидроксидов марганца. Структура пелитоморфная, кристаллически-зернистая. Текстура плотная, землистая, оолитовая. Часто мягкие, сажистые, имеют конкреционное строение.

ГЛИНОЗЕМИСТЫЕ ПОРОДЫ.

БОКСИТ – порода, представляющая собой агрегатную смесь гидрок-сидов алюминия, глинистых минералов, хлорита, сидерита, оксидов и гид-роксидов железа и др. Окраска красная, коричневая, серая до белой. Струк-тура пелитоморфная, текстура – оолитовая плотная. По происхождению раз-личают бокситы остаточные (латеритные) и осадочные (переотложенные).

Бокситы используются как руда на алюминий, для производ­ства электрокорунда, цемента, огнеупоров.

К биохимическим осадкам принадлежат также и фосфатные породы.

ФОСФАТНЫЕ ПОРОДЫ. Образование больших скоплений фосфоритов происходило в местах массовой гибели организмов в морях. При разложении остатков фосфорнокислая известь костей, тканей и т. п. переходи­ла в раствор, а затем отлагалась на поверхности раковин в виде конкреций фосфоритов или в виде тонкодисперсных фосфорных соединений. В результате образовались различные типы фосфат­ных пород - фосфоритов. Породы довольно редкие, но встреча­ются в отложениях всех систем от кембрия до неогена.

ФОСФОРИТ – осадочная порода (песчаного, глинистого, мергелистого состава), обогащенная кальциевыми солями фосфорной кислоты (12 – 40 % P₂O₅). Вещественный состав: преимущественно аморфные и скрыто-кристаллические разности апатита, примеси – кальцит, доломит, халцедон, кварц, глинистые минералы, обломочные зерна, органогенные остатки. Окраска – от серой до черной. Встречаются сплошные пластовые фосфориты и желваковые – в виде конкреций. Структура скрытокристаллическая, пелитоморфная, текстура массивная, тонкослоистая, конкреционная.

Исполь­зуются для приготовления фосфорных удобрений.

Биохимическим путем образуются осадочные месторождения урана, некоторых сульфидов молибдена, свинца и цинка. Месторождения приурочены обычно к углистым породам и углистым прослоям в породе, углистым сланцам и битуминозным породам. Это связано с высокой адсорбционной способностью органического вещества.

УГЛЕРОДИСТЫЕ ПОРОДЫ(КАУСТОБИОЛИТЫ (греч. «каусто» - горючий, «биос» - жизнь)) - образуются из растительных и животных остатков, преобразованных под влиянием различных геологических факторов. Эти по-роды обладают горючими свойствами, чем и обусловлено их важное практическое значение. К ним относятся породы ряда углей (торф, ископаемые угли), горючие сланцы, нефть и газы. Методика изучения двух последних существенно отличается, и на их описании мы не останавливаемся.

Породы ряда углей, представляющие собой разные стадии разложения растительных организмов в условиях с затрудненным доступом кислорода или без него, пользуются широким распространением в природе.

ТОРФ - более или менее рыхлая, землистая, пористая, гумусовая масса желтого, бурого или черного цвета, содержащая видимые невооруженным глазом растительные остатки, а также терригенный материал. Он является результатом неполного разложения растительности в болотах при участии бактерий (первая стадия превращения растительного материала по пути его преобразования в уголь). Содержание углерода в торфе 55-60%.

Ископаемые угли образуются преимущественно из древесной растительности (гумусовые угли), меньше - из водорослей (сапропелевые угли). В углях присутствует терригенная примесь. По степени разложения органического вещества выделяют:

БУРЫЙ УГОЛЬ - плотная, темно-бурая или черная порода с землистым, редко раковистым изломом, матовым блеском. Черта темно-бурая. Неразложившиеся части растений встречаются редко. Содержание углерода 60-75%.

КАМЕННЫЙ УГОЛЬ - результат более глубоко зашедшего процесса преобразования органического вещества. Содержание углерода увеличивается до 90%. Порода черная, более плотной текстуры, чем бурый уголь, излом землистый, блеск обычно матовый, черта черная (пачкает руки).

АНТРАЦИТ - результат еще большей переработки ископаемых углей в условиях повышенного давления и температуры. Содержание углерода увеличивается до 97%. Макроскопически плотные, серовато-черные породы с сильным металловидным блеском. Излом неровный, раковистый; рук не пачкает.

Плотность углей возрастает от 0,7 у торфа до 1,6 у антрацита.

Породы ряда углей макроскопически не всегда легко различаются друг от друга.

ГОРЮЧИЙ СЛАНЕЦ - порода смешанного обломочного и органогенного происхождения, образующаяся на дне бассейнов при одновременном осаждении органического вещества (до 20-60%) и глинистых или известково-глинистых частиц. Вещественный состав представляет собой породу типа мергеля или аргиллита, пропитанную органическими битуминозными веществами – продуктами разложения одноклеточных водорослей. Окраска светло-каштановая, темно-серая, черная. Плотность 1,4 - 2,7. Характерна плитчатая отдельность. Структура пелитоморфная, текстура тонкослоистая, сланцеватая; легко воспламеняется, при горении выделяет запах битума.