Описание осадочных пород. Горные породы обломочные

К этим классам относятся всем хорошо знакомые сыпучие по-роды — песок, щебень, галечник, гравий; сцементированные по-роды, среди которых самым известным является песчаник, а также глинистые породы — глина, суглинки, супеси.

Названные породы сильно отличаются друг от друга по составу и свойствам, но в природе переход от обломочных пород к гли-нистым очень постепенный, с большим количеством смешанных разностей, что задает необходимость рассмотрения данных классов в рамках одного раздела.

Классификация

В разделе рассматривается пять классов по-род — крупнообломочные, песчаные, мелкообломочные, глинис-тые и смешанные. Для краткости условимся называть их всех вмес-те обломочными и глинистыми. Как можно видеть, все они класси-фицируются по размеру, форме обломков, цементации и связности.

Осадочные обломочные, глинистые и смешанные породы

Структура и размер частиц, мм	Название породы
	Текстура
	Несцементированная		Сцементированная		Связная
	Угловатые обломки	Округлые обломки	Угловатые обломки	Округлые обломки
1. Крупно-обломочные: более 1000	Неока- танные глыбы	Глыбы	Глыбовая брекчия	Глыбо-вый кон-гломерат
200-1000	Неока- танные валуны (камни)	Валуны	Валунная брекчия	Валун-ный кон-гломерат
10-200	Щебень	Галечник	Бре^ия	Конгло- мерат
2-10	Дресва (мелкий щебень)	Гравий	Мелкая брекчия	Гравелит
2. Среднеобло-мочная — песча-ная (0,05-2):	Пески (по преоб-ладающей фрак-ции): гравелистый (грубый)		Песчаники (по пре-обладающей фрак-ции): гравелистый (грубый)
0,5-1	крупный		крупный
0,25-0,5	средний		средний
0,1-0,25	мелкий		мелкий
0,05-0,1	пылеватый (тонкий)		пылеватый (тонкий)
3. Мелкообломоч-ная — пылеватая: 0,002...0,05	Алеврит		Алевролит		Лёсс
4. Микрозернис- тая — глинистая: менее 0,002 (0,005)	Глина		Аргиллит		Глина
5. Смешанная	Песок пылевато-гли- нистый со щебнем и гравием, галечник с песчаным гравий-ным заполнителем и др.		Конгломерат песча-нистый, гравелит песчанистый и др.		Глина, сугли- нок, супесь

Состав

Эти породы состоят из продуктов механического и хи-мического разрушения и преобразования других пород на поверх-ности земли. В подавляющем большинстве случаев они являются почвообразующим материалом, на них осуществляется большая часть строительства и прочего природообустройства, их чаще других называют словом «грунт».

В составе обломочных и глинистых пород выделяется три ос-новные составные части — обломки, цемент и глинистый материал.

Обломочный материал

Обломочный материал — главная составная часть обломочных пород — каменный материал в составе глыб, валунов, гальки, гравия, щебня, песчинки, образующие песок, кварцевая мине-ральная пыль. Все это может быть представлено различными скаль-ными или полускальными породами, и название исходной породы может быть только упомянуто — щебень гранитный, галечник из-вестняковый, песок кварцевый. Булыжник, бут, голыш, брус-чатка — естественный или специально обработанный и подоб-ранный камень размером в десятки сантиметров, применяемый в строительстве для мощения дорог и кладки фундамента.

По форме выделяют два основных типа обломков — угловатые и округлые, также существует несколько переходных типов между ними.

Каменные обломки различной формы

а — угловатые; б — округлые (окатанные); в — полуокатанные

Широко распространенную морену принято называть щеб-нистым суглинком, в то время как имеющиеся в ней каменные включения скорее ближе к округлой гальке, чем к угловатому щебню.

Обломки угловатой формы. Они образуются при выветри-вании и отламывании кусков от коренной монолитной породы. В природе данный процесс интенсивнее всего развит на склонах; образующиеся в результате него обломки скапливаются у подножья склонов, образуя каменные осыпи. При горизонтальном рельефе угловатые обломки остаются на своем месте, и процесс выветри-вания быстро затухает с глубиной. Так образуются коры выветри-вания.

Угловатые обломки в составе коры выветривания и каменной осыпи

Породы осыпей и кор выветривания в зависимости от размеров обломков называют глыбами, щебнем, дресвой, хрящом. Они могут служить строительным материалом в местах своего распростра-нения, хотя реально используемые в строительстве щебень, глыбы и т.п. значительно чаще являются искусственно дроблеными кам-нями, добываемыми в карьерах при помощи взрывов. На их основе можно получить более прочные материалы для строительства, чем при использовании выветрелого и трещиноватого естественного камня, тем более что большинство населения России проживает на равнинных.территориях, где эти осыпи и коры выветривания практически отсутствуют.

Округлые (окатанные) обломки приобретают такую форму в результате обработки водой (морским прибоем, реками, водно-ледниковыми потоками), реже — ветром. Из угловатых глыб обра-зуются валуны, из щебня — галька, из дресвы (мелкого щебня) — гравий. Чем мельче обломки, тем чаще они бывают округлыми. Например, пески с угловатыми обломками в природе встречаются, но крайне редко. Пылеватая фракция — кварцевые обломки раз-мером 0,002—0,05 мм всегда округлые. Из-за мелких размеров они начинают демонстрировать коллоидные свойства — легко слипаются между собой, а будучи взмученными, медленно оседают в воде.

Цемент

Некоторые породы в природе напоминают по своему сложению такие известные искусственные материалы, как отвер-девший цементный раствор или бетон, тем, что состоят из камен-ных обломков, скрепленных между собой цементом. Не исклю-чено, что идея создания бетона была заимствована людьми в при-роде. Природный цемент сходен по составу с некоторыми химическими осадочными породами. Он бывает карбонатным, кремнистым, сульфатным, железистым и глинистым — тогда его называют глинистым заполнителем. Карбонатный цемент сходен по составу с химическим известняком и определяется по реакции с кислотой. Кремнистый — наиболее прочный и твердый из цемен-тов, иногда он имеет жирный блеск, с кислотой не реагирует. Суль-фатный — не прочен, он царапается ногтем, изредка на нем видны сахаровидные кристаллы. Железистый цемент узнается по ржавому цвету. Глинистый цемент царапается ногтем, размокает в воде.

Образование цемента возможно двумя путями:

в морских условиях при одновременной аккумуляции хими-ческого осадка вместе с обломками;
за счет выпадения в осадок химического материала из под-земных вод внутри обломочной толщи после ее накопления.

Породы с различными типами цемента

а — базальный цемент; б — поровый цемент; в — контактовый

Глинистые минералы

В крупнообломочных породах гли-нистые минералы могут играть роль заполнителя между каменными частицами и фактически являться цементом. При смешении гли-нистых минералов с песчаным и мелкообломочным материалом образуются так называемые глинистые породы — суглинки, супеси и природные глины. Глинистые минералы приобретают при этом роль главного компонента, придавая всей смеси свойства гли-нистых пород, главные из которых — влагоемкость, водонепрони-цаемость и связность — способность делаться пластичной при ув-лажнении и твердой при высыхании.

Структура, гранулометрический и минеральный состав

Эти харак-теристики тесно связаны между собой. Структура материала опре-деляется в зависимости от размеров частиц. Частицы определенного размера принято называть фракциями. Границы фракций взяты по ГОСТ 25100—2011 «Грунты», они с очень небольшими измене-ниями повторяют границы, принятые в геологической литературе, отличаются лишь названия фракций; геологические даны в скобках.

Структуры и примерный состав обломочных, глинистых и смешанных пород

Структура и фракция — размер частиц	Примерный состав
1. Крупнообломочная (псефиты) — крупнее 2 мм	Обломки любых скальных пород
2. Среднеобломочная — песчаная (псаммиты) — 0,05-2 мм	Преобладает кварц, может присут-ствовать полевой шпат, прочих минералов совсем мало
3. Мелкообломочная — пылеватая (алевриты) — 0,002-0,05 мм	Кварц — практически вся фракция
4. Микрозернистая — глинистая (пелиты) — менее 0,002 мм (менее 0,005 мм)	Каолинит, монтмориллонит, глау-конит и другие глинистые мине-ралы, кварц, лимонит
5. Смешанная — обломочно-пес-чаная, песчано-глинистая и др.	Различные смеси частиц 1—4-й фракций

Известна, что чем мельче раздроблен материал, тем быстрее он растворяется и вступает в химические реакции. Поэтому среди об-ломков крупного размера (глыб, валунов, щебня, гальки) встреча-ются почти все породы за исключением наиболее растворимых — гипса, ангидрита, каменной и других солей. Среди обломков средних размеров встречаются в основном кварц — самый устой-чивый к выветриванию минерал, реже полевой шпат, еще реже другие минералы. Среднеобломочные породы — это пески.

Среди мелкообломочных (пылеватых) частиц почти не встреча-ются другие минералы, кроме кварца. Породы — лёсс, алеврит, алевролит.

Микрозернистые породы сложены каолинитом, монтморилло-нитом, гидрослюдами и другими глинистыми минералами. По-роды — чистые глины.

Смешанные породы — чаще всего смесь песчаной, пылеватой и глинистой фракции — это глины, суглинки и супеси. Широко используются термины «песчано-глинистые» и «глинистые по-роды», употребляемые как синонимы.

Процентное весовое содержание частиц различных фракций на-зывается гранулометрическим составом (грансоставом) . Для его определения образец грунта пропускается через набор сит с даль-нейшим взвешиванием каждой фракции. Далее по небольшому на-бору правил породе дается формально правильное название. Это относится к несцементированным крупнообло-мочным, песчаным и отчасти некоторым глинистым породам, о чем речь пойдет ниже.

Подразделение крупнообломочных и песчаных грунтов

Разновидности крупнообломочных грунтов и песков	Размер частиц, мм
Крупнообломочные:
валунный (глыбовый)	>200	> 50
галечниковый (щебнистый)	> 10	> 50
гравийный (дресвяный)		> 50
Пески:
гравелистый
крупный	>0,50	> 50
средней крупности	>0,25	> 50
мелкий	> 0,10
пылеватый	>0,10	< 75

Правильное присвоение названия песчаным и глинистым грунтам — важная задача геологии и грунтоведения. От типа грунта (фактически от наименования) зависят различные табличные зна-чения параметров, входящих в расчеты оснований, что важно для проектировщиков. Поэтому грансостав наряду с другими лабора-торными свойствами грунтов является одним из важнейших пока-зателей свойств и в массовом порядке определяется при прове-дении изысканий.

Как можно видеть, все начинается в горных условиях с выветри-вания, обвалов и осыпания угловатых каменных обломков — так образуются природные глыбы и щебень. В процессе выветривания (химического) образуются также глинистые минералы , которые легко уносятся водой, а если разрушаются очень распространенные в природе граниты и гнейсы, то образуется также обломочный кварц с частицами песчаного и пылеватого размера.

Схема образования обломочных пород

За счет силы тяжести, склоновых процессов, временных водных потоков и рек угловатый обломочный материал попадает на мор-ское побережье. Здесь к нему добавляется материал, образующийся за счет разрушения берега волнами. В зоне прибоя каменный мате-риал дополнительно дробится, обломки округляются, образуются валуны , галечник , гравий , песок и кварцевая пыль — материал алев-ритов. Часть материала растворяется. Волнением и морскими тече-ниями осадки относит на большую глубину, где, возможно, проис-ходят цементадия и превращение в сцементированные аналоги — конгломераты , гравелиты , песчаники , алевролиты.

Аналогичные процессы в меньших масштабах могут происхо-дить за счет геологической работы горных рек, ледников и водно-ледниковых потоков. Если отсутствует фаза округления, то при це-ментации угловатого материала могут возникать осадочные брекчии.

Тектонические брекчии образуются в зонах тектонических нару-шений. Обломочный материал получается при перемещении тек-тонических блоков вдоль плоскостей разломов, а цементация — за счет выделения химического осадка из подземных вод, легко циркулирующих по раздробленной зоне.

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 Песчаник Конгломерат Известняки разной текстуры Диатомит Каменная соль Ангидрит

Выполнил Проверил

Таблица 13

Осадочные обломочные горные породы (определитель)

По размеру

обломков, мм

Сцементированные

минералы

Строение

Остроугольные

Окатанные

Остроугольные

Окатанные

Структура

Текстура

обломочные

-> 2…>100

Глыбы > 100

Щебень –

Дресва –

Конгломерат

Разных наиболее прочных пород

Структура цементированных пород определяется цементом

Рыхлая, окатанная или не окатанная, обломочная или цементная

обломочные,

Песчаники

Кварц, оливин,

полевые шпаты,

гранат и др.

обломочные,

Алевролиты

Пылевые частицы кварца и др.

обломочные

Аргиллиты

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	Свойства и устойчи вость пород, кроме размера обломков, зависят от минерального состава обломков, характера и типа цемента
Алевритовые	алевролитовая 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
Алевритовые	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 не 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 – желтовато-белая, легкая, пористая порода, смесь мельчайших зернышек (0,05…0,005 мм) кварца, глинистых частиц и кальцита, сильно распыленных, частью в виде скорлуповатых мельчайших шариков, 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 – более 40…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 оксидами 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 – способны вместить до 70 % своего объема воды, капиллярным поднятием (до 3…7 метров) и, насытившись водой, водонепроницаемостью (водоупорностью). 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 между собой 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

Главные породообразующиеминералы

Структура

Текстура

Каменная соль Сильвинит

Кристаллическая

Массивная

Полосчатая

Слоистая

Сульфаты

Ангидрит

Карбонаты

Известняк

Глинистые минералы (40- 50%)

Биоморфная

Биосоматическая

Мелко - тонко - зернистая

Плотно – слоистая,

Тонкопористая

Биогенная

Кремнистые породы

Диатомит

Обломочные, или кластические (греч. кластес – обломок), породы образуются из обломков минералов и горных пород; чаще всего они накапливаются как морские осадки. Классификация обломочных пород основана на величине обломков (грубообломочные, песчаные, алевритовые), степени их окатанности (окатанные и неокатанные) и наличии или отсутствии цемента (сцементированные и рыхлые). Классификация обломочных горных пород показана в таблице 2.

Грубообломочные породы , или псефиты (греч. псефос – камешек), состоят из обломков с размерами более 2 мм. По форме и размерам они подразделяются на окатанные и неокатанные, крупные, средние и мелкие. К окатанным относятся обломки, имеющие округленные или сглаженные ребра (валуны, галечник, гравий и др.); неокатанные обломки всегда остроугольны (глыбы, щебень, дресва ). Псефиты с окатанными обломками, скрепленными цементом, называются конгломератами (рис. 24, а), а состоящие из неокатанных сцементированных обломков – брекчиями (рис. 24, б).

Таблица 2 Обломочные горные породы.

Группа пород	Размеры обломков, мм	Рыхлые породы		Сцементированные породы
		окатанные	неокатанные	окатанные	неокатанные
Грубообломочные (псефиты)				Конгломераты валунные	Глыбовые брекчии
		Галька, галечник		Конгломераты галечные
				Конгломераты гравийные
Песчаные (псаммиты)		грубозернистые		Песчаники: грубозернистые
		крупнозернистые		крупнозернистые
		среднезернистые		среднезернистые
		мелкозернистые		мелкозернистые
Алевриты		Алевриты		Алевролиты
				Аргиллиты

Среди брекчий выделяют несколько типов различного происхождения. К осадочным относятся брекчии, сформировавшиеся в результате осаждения остроугольных обломков различного состава в водной среде; брекчии оползней содержат обломки различной величины, имеющие одинаковый состав с цементом; тектонические брекчии несут следы давления, разбиты трещинами; в них как на обломках, так и в цементе часто встречаются гладкие, как будто бы полированные поверхности – зеркала скольжения.

Песчаные породы , или псаммиты (греч. псаммос – песок). В группу псаммитов входят породы с размером обломков от 0,1 до 2 мм. Рыхлые разновидности псаммитов называют песками, а сцементированные – песчаниками (табл. 2).

Псаммиты, состоящие из зерен одного минерала – кварца, глауконита и др., называют олигомиктовыми (греч. олигос – немногий, миктос – смешанный), а состоящие из нескольких минералов – полимиктовыми (греч. поли – много, миктос – смешанный). По относительной величине зерен псаммиты разделяются на равномерно-зернистые (сортированные) и разнозернистые (несортированные).

По минеральному составу различают следующие главные группы песчаных пород.

Кварцевые пески и песчаники, в которых кроме кварца в виде примесей встречаются полевые шпаты, слюды, глауконит и др.; цемент таких песчаников может быть кремнистым, глинистым, известковым, железистым, фосфоритовым и др.

Магнетитовые и гранатовые пески и песчаники состоят из зёрен кварца и глауконита, встречаются редко.

Кварц-глауконитовые пески и песчаники состоят из зерен кварца (20-40%) и глауконита (60-80%) с небольшой примесью слюды и других минералов в зависимости от количества глауконита и интенсивности его окраски пески имеют более или менее яркий зеленый цвет. При выветривании, которое сопровождается разложением глауконита и образованием оксидов железа, цвет их становится ржаво-бурым.

Железистые пески и песчаники обычно представляют собой кварцевые пески и песчаники, зерна которых покрыты коркой бурых железистых минералов – гётита и гидрогётита; цемент песчаников также железистый, поэтому цвет пород коричневый – от лилово-бурого до ржаво-коричневого.

Аркозовые пески и песчаники образуются при разрушении гранитоидов, поэтому в их состав входят кварц, полевые шпаты и небольшое количество темноцветных минералов – биотита, роговой обманки, пироксена; состав цемента песчаников разнообразен.

Граувакки – темно-серые, зеленовато-бурые или зеленовато-коричневые, часто плотно сцементированные псаммиты, сложенные главным образом зернами темноцветных минералов – амфиболов, пироксенов и др. Это типичные полимиктовые образования.

Алевриты (рыхлые) и алевролиты (плотные) сложены частицами минералов размером от 0,1 до 0,01 мм. К алевритам относятся лёссы, супеси (алевритовый материал с песком), суглинки (алевритовый материал с глиной) и некоторые другие породы. Плотные алевролиты имеют цемент, который слабо отличается от цемента песчаников.

Пелиты , или глины (греч. пелёс – глины), – большая группа пород, образующихся в результате измельчения минеральных частиц до размеров 0,01 мм и менее, происходящего в процессе перетирания и химического разложения. По основным свойствам пелиты отличаются от обломочных пород: имея малые размеры, частицы пелитов не оседают на дно под действием силы тяжести, а образуют суспензии.

Глины – породы, образующие с водой пластичную массу, твердеющую при высыхании, а при обжиге приобретающую твердость камня. В сухом состоянии глины либо землистые, рыхлые, легко рассыпающиеся и растирающиеся, либо очень плотные. Насыщаясь водой, эта порода разбухает, размягчается и превращается в пластичную вязкую массу, которая при дальнейшем добавлении воды приобретает способность течь; за счет гигроскопичности она способна поглощать до 70% (по объему) воды, а после полного насыщения водой становится водоупором и не пропускает воду. Чистые глины называют жирными , а со значительной примесью песка – тощими. В зависимости от количества песка различают песчанистые глины или глинистые пески; глины с примесью карбоната кальция называют известковистыми.

Каолины – белые глины, сложенные каолинитом, образующиеся при выветривании полевошпатовых пород. В коре выветривания каолины Содержат примеси зерен кварца, чешуек слюды и других устойчивых к выветриванию минералов, входящих в состав исходной породы.

В коре выветривания пород, содержащих алюмосиликаты – гранитоидов и др., нередко встречаются специфические породы – бокситы. Это плотные породы, окрашенные в красные, реже в серые тона, состоящие главным образом из оксидов алюминия, часто с примесью оксидов железа, имеющие обломочную или оолитовую структуру.

Аргиллиты – это плотные, твердые (твердость до 3) породы, образующиеся в результате диагенеза глин. Последние при этом утрачивают ряд признаков, таких, как пластичность и водопоглощаемость.

Осадочные породы по способу образования можно разделить на четыре группы: 1) обломочные; 2) органического происхождения (органогенные); 3) химического происхождения (хемогенные) и 4) смешанного происхождения.

Обломочными называются породы, которые произошли из осадков, представляющих собой механические продукты разрушения ранее существовавших пород.

Обломочные породы можно подразделить на грубообломочные (псефиты), песчаные (псаммиты), мелкоземистые (алевриты) и глинистые (пелиты).

Грубообломочные породы (псефиты). Состоят из отчетливо видимых невооруженным глазом рыхлых или сцементированных обломков горных пород и минералов (главным образом кварца или его разновидностей) размером более 2 мм в поперечнике. Среди грубообломочных пород выделяют рыхлые и сцементированные породы, которые различаются по характеру обломков (угловатые или окатанные) и по их размерам.

Рыхлые угловатые породы делятся на глыбы (обломки больше 10 см в поперечнике), щебни (10 - 1см), дресву (1 см - 2 мм); рыхлые окатанные - на валуны (более 10 см в поперечнике), галечники (10 - 1 см), гравий (1 см - 2 мм). Учебник «Общая и историческая геология». М.М. Чарыгин, Ю.М. Васильев. - М.: Недра, 1968. - стр. 49.

Сцементированные скопления угловатых обломков называются брекчией, сцементированные скопления окатанных обломков - конгломератом.

По составу цемента брекчии и конгломераты бывают кремнистыми (цемент из SiO2 или SiO2*nH2O), известковыми (цемент из CaCO3), железистыми (цемент из Fe2O3*nH2O или FeCO3), глинистыми (цемент из глинистого вещества).

При описании брекчий и конгломератов обращают внимание на то, из каких пород и минералов состоят обломки, на их размер, степень угловатости, окатанности, состав цемента и т.д.

Органические остатки (фауна и флора), находимые в цементе, могут характеризовать геологическое время образование брекчии и конгломерата. Органические остатки, встречающиеся в самых обломках, характеризуют геологическое время образования тех пород, в результате разрушения которых образовались данная брекчия или данный конгломерат.

Песчаные породы (псаммиты). Состоят из обломков минералов или горных пород размером от 2 до 0,1 мм в поперечнике. Такие обломки хорошо видны невооруженным глазом или в лупу. Среди песчаных пород различают рыхлые и сцементированные; к рыхлым относятся пески.

Пески. В зависимости от состава минеральных зерен бывают кварцевыми и полимиктовыми. Первые состоят из зерен кварца, вторые из зерен разных минералов. Полимиктовые пески, кроме кварца, могут состоять из зерен слюды, роговой обманки, пироксена, хлорита, полевых шпатов, глауконита, магнетита, мелких обломков известняков, сланцев и других горных пород.

В зависимости от того, какой минерал преобладает над остальными, полимиктовые пески называют слюдистыми, роговообманковыми, хлоритовыми, полевошпатовыми и т.д. полевошпатовые пески часто называют аркозовыми. Все пески содержат, кроме минеральных обломков, небольшое количество глинистых частиц и других примесей, придающих им ту или иную окраску.

При рассмотрении песков в лупу в них можно определить степень угловатости или окатанности отдельных зерен - песчинок.

Пески различают также по размеру зерен: грубозернистые (размер зерен 2-1 мм), крупнозернистые (1-0,5 мм), среднезернистые (0,5-0,25 мм); мелкозернистые (0,25-0,1 мм), однородные (размер зерен постоянен) и разнозернистые (размер зерен разный).

Сцементированные песчаные породы (псаммиты) называются песчаниками.

Песчаники. Различаются по составу образующих их минералов, по размеру зерен и по связывающему их цементу.

Песчаники, как и пески, бывают кварцевыми и полимиктовыми. Полимиктовые песчаники, так же как и пески, могут быть слюдистыми, роговообманковыми, полевошпатовыми (аркозовыми) и т.д.

В зависимости от размера зерен песчаники подразделяют на грубозернистые (размер зерен 2-1 мм),крупнозернистые (1-0,5 мм), среднезернистые (0,5-0,25 мм), мелкозернистые (0,25-0,1 мм), равномернозернистые (или однородные) и разнозернистые. Учебник «Общая и историческая геология». М.М. Чарыгин, Ю.М. Васильев. - М.: Недра, 1968. - стр. 50.

В зависимости от состава цемента песчаники бывают кремнистыми, известковыми, железистыми, глинистыми.

Мелкоземистые породы (алевриты). Состоят из обломков диаметром от 0,1 до 0,01 мм. Занимают промежуточное положение между песчаными и глинистыми породами. К алевритам относятся главным образом осадки континентального происхождения: супеси, суглинки и лёсс.

Супеси и суглинки отличаются от песков свойственной глинам способностью при смачивании водой приобретать пластичность. В отличии от глин при растирании в смоченном состоянии пальцами шероховаты на ощупь.

Супеси и суглинки могут быть известковистыми и неизвестковистыми. Первые вскипают от соляной кислоты.

Лёсс. Представляет собой глиноподобную породу светло-бурой и желтоватой окраски. В сухом виде легко растирается пальцами в тонкий порошок. Порода пористая. Поры нередко видны невооруженным глазом. Лёсс почти всегда содержит углекислый кальций, а потому бурно вскипает от соляной кислоты. При размывании лёсса водными потоками образуются высокие, хорошо сохраняющиеся, почти вертикальные обрывы.

В лёссе нередко встречаются белые и серые известковистые образования шарообразной, эллипсоидальной и неправильной формы (0,1 см и более в поперечнике). Они называются известковистыми дутиками, куклами и т.д.

Нередко в лёссе встречаются наземные фауна и флора, особенно часты Helix, Planordis, Pupa.

Глинистые породы (пелиты). Подразделяются на глины, аргиллиты и глинистые сланцы.

Глины отличаются от других обломочных пород не только тем, что состоят из очень мелких частиц (меньше 0,01 мм в поперечнике), но и тем, что частицы их, как правило, не представляют собой механических обломков породообразующих минералов, а являются новообразованиями, химически существенно отличающимися от минералов, в результате разрушения которых они образовались. Многие из них находятся в коллоидном состоянии.

Микроскопичность глинистых частиц не позволяет классифицировать глинистые породы по величине, форме обломков и состава цемента.

Глины при смачивании водой образуют пластичные массы.

При растирании влажной глины пальцами не ощущается шероховатости.

Удельный вес глин около 2,5.

Цвет глин различный: красный, бурый, желтый, синеватый, зелено-серый, черный, но никогда не белый.

Некоторые глины в заметном количестве содержат углекислый кальций (мергелистые и известковистые глины), серный колчедан, углистые вещества и битумы (битуминозные глины), гипс, ангидрит, галит (гипсоносные и соленосные глины).

Глины со сланцеватой структурой называются сланцеватыми. Они также становятся пластичными при смачивании водой. Глины различают по применению: огнеупорные, сукновальные, горшечные, красочные, лепные, цементные и т.д.

Аргиллиты. Твердые глины, имеющие вид глинистых пород. Поддаются царапанию ножом, не размокают от воды и не вскипают от кислоты. При обогащении СаСО3 аргиллиты переходят в мергели.

Глинистые сланцы. Плотные нерастирающиеся, поддающиеся царапанию ножом и не размокающие от воды породы, разделяющиеся на плиты по плоскостям слоистости или сланцеватости. Цвет от светло-серого до черного. Примеси окислов железа и других металлов придают глинистым сланцам фиолетово-красные, зеленоватые и бурые оттенки.

Глинистые сланцы со значительным количеством обугленных растительных остатков называются углистыми, а содержащие до 75% битуминозного вещества и способные гореть - горючими или битуминозными сланцами.

Углистые и горючие сланцы твердые, чем другие глинистые сланцы, что приближает их к сланцеватым глинам.

Обломочные осадочные горные породы образовались в результате механического накопления обломков ранее существовавших горных породы.

Обломочные породы состоят из обломков разнообразных пород и минералов. Минеральный состав обломков, входящих в обломочные породы, различен и не является определяющим в наименовании этой подгруппы пород. Для них важно установить структуру, определяющуюся главным образом величиной и формой обломков и наличием цемента.

По составу цемент может быть:

· кремнистый,

· известковый,

· мергелистый,

· глинистый,

· глауконитовый,

· битуминозный,

· железистый и др.

Помимо простого цемента, встречается сложный (сочетание двух или более цементирующих веществ). Цементы обычно определяются легко: известковый – по реакции с соляной кислотой, кремнистый – по высокой твердости и слабо-жирному блеску, железистый – по бурой окраске, глинистый – по сравнительно легкой размокаемости, битуминозный – по запаху и т. д.

В соответствии с величиной обломков выделяются следующие виды пород (табл. 7):

1) крупнообломочные (размер преобладающих обломков > 2 мм),

2) среднеобломочные (0,1–2 мм),

3) мелкообломочные, или пылеватые (< 0,1 мм).

1. Крупнообломочные породы (псефиты, псефос, греч. – камешек) – породы, состоящие из обломков размером от 2,0 мм до нескольких метров в диаметре.

В зависимости от структуры и текстуры выделяются следующие крупнообломочные породы:

Глыбы – скопление угловатых обломков размером свыше 100 мм в поперечнике.

Щебень – скопление угловатых обломков размером от 100до 10 мм в поперечнике, а дресва – от 10 до 2 мм.

Залегают глыбы, щебень, дресва обычно вблизи коренных пород, из которых они образовались.

Таблица 7

Основные осадочные обломочные породы

Наименование подгруппы обломочных пород	Размер обломков, мм	Структура и наименование пород
несцементированные	сцементированные
из обломков неокатанных	из обломков окатанных	из обломков неокатанных	из обломков окатанных
Крупнообломочные	> 100	Глыбы	Валуны	Брекчия	Конгломерат Гравелит
100–10	Щебень	Галечник
10–2	Дресва	Гравий
Среднеобломочные (песчаные)	2–1	Пески	Грубозернистые	Песчаник (соответствующей зернистости)
1–0,5	Крупнозернистые
0,5–0,25	Среднезернистые
0,25–0,10	Мелкозернистые
Мелкообломочные (пылеватые)	0,1–0,05	Алеврит	Крупнозернистые	Алевролит
0,05–0,01	Мелкозернистые

Валунник – скопление валунов, окатанных обломков диаметром более 100 мм. Валуны образуются при окатывании глыб водами. Валунник развит в горных долинах и вдоль скалистых берегов морей и океанов.

Галечник – скопление галек – окатанных обломков диаметром от 100 до 10 мм.

Гравий – скопление окатанных обломков диаметром от 10 до 2 мм.

Галечник и гравий образуются в результате истирания и окатывания глыб, валунов, щебня движущейся водой рек, озер, морей. Несомые рекой обломки окатываются, приобретая яйцевидную форму, а передвигающиеся волнами озер и морей истираются, приобретая чаще лепешкообразную (плоскую) форму.

Галька, гравий, щебень, валуны, глыбы используются в качестве строительного материала. К их отложениям нередко приурочены россыпи алмазов, золота и платины.

Брекчия – крупнообломочная порода, состоящая из сцементированных остроугольных обломков (глыб, щебня, дресвы). Обломки как по минералогическому составу, так и по размеру могут быть как однородными, так и разнородными (рис. 8а).

Конгломерат – крупнообломочная порода, состоящая из сцементированных окатанных обломков (галек, гравия, валунов). Состав обломков, их размер, цемент могут быть различными. Они используются в качестве строительного материала (рис. 8б).

а)

б)

При определении крупнообломочных пород следует учитывать:

1) размеры обломков, пределы колебаний их диаметров и преобладающий размер;

2) форму обломков;

3) состав обломков;

4) в случае сцементированных пород необходимо также отмечать состав цемента, прочность и плотность цементации.

2. Среднеобломочные (псаммитовые) породы. К ним относятся пески и песчаники (псамос, греч. – песок).

Пески – рыхлые с размером зерен от 2 до 0,05 мм, песчаники – той же величины обломки, сцементированные между собой.

В зависимости от величины обломков пески и песчаники разделяются:

· на грубозернистые (1–2 мм),

· крупнозернистые (0,5–1 мм),

· среднезернистые (0,25–0,5 мм),

· мелкозернистые (0,1–0,25 мм).

По составу пески чаще кварцевые (кварц – наиболее устойчивый минерал). К кварцевым зернам могут примешиваться зерна полевых шпатов, слюды, глауконита, кальцита, магнетита, окислов железа и др. В случае преобладания в породе одного из вышеуказанных минералов название песка дается по этому минералу.

Песчаники в зависимости от состава цемента могут быть

· железистыми,

· известковистыми,

· кремнистыми,

· глинистыми и др.

Кремнистые песчаники, состоящие из кварцевых зерен, являются самыми крепкими. Глинистые песчаники (содержащие в цементе преимущественно глинистые вещества) мягкие, легко размокают, распадаются при морозе. Известковистые песчаники в качестве цементирующего вещества имеют карбонат кальция, нередко с примесями доломита. Чем лучше цемент раскристаллизован, тем крепче песчаник.

Плотность песков 2,6–2,80 г/см 3 . Пористость песков в рыхлом состоянии от 27 до 62 %. Цвет песков и песчаников зависит от цвета преобладающих обломков и от цвета цементирующего вещества (окислы железа окрашивают их в охристо-желтые цвета).

Пески по происхождению могут быть:

· озерными,

· морскими,

· речными,

· ветровыми,

· водноледниковыми.

К пескам и песчаникам нередко приурочены богатые россыпи золота, платины, магнетита, алмаза. Кварцевые пески и песчаники применяются в стекольной, абразивной, керамической и металлургической промышленности. Пески и песчаники используются также для строительных целей.

3. Мелкообломочные, или пылеватые (алевритовые), породы. Представителями алевритовых пород являются лессы, суглинки, супеси. Первые из них относятся к мелкозернистым алевритам (алеврон, франц. – мука), вторые – к крупнозернистым. Образование их связано с деятельностью ветра, временных и постоянных потоков.

1.5.2.2. Химические и органогенные осадочные породы

Химические осадочные породы образуются путем выпадения из водных растворов химических осадков. К этим породам относятся: различные известняки, известковый туф, доломит, ангидрит, гипс, каменная соль и др. Общей особенностью являются их растворимость в воде и трещиноватость.

Органогенные осадочные породы образуются в результате накопления и преобразования остатков животного мира и растений, отличаются значительной пористостью, растворяются в воде. К органогенным породам относятся: известняк-ракушечник, диатомит и др.

Подавляющее большинство пород этих двух групп имеют смешанное (биохимическое) происхождение.

Группы химических и органогенных пород обычно делятся на подгруппы по составу:

· карбонатные,

· кремнистые,

· железистые,

· галоидные,

· сернокислые,

· фосфатные и др.

Особо выделяются горючие породы, или каустобиолиты .

Карбонатные породы

Известняк – порода, состоящая из минерала кальцита. Он определяется по бурно протекающей реакции с HСl. Цвет белый, желтоватый, серый, черный. Известняки бывают органогенного и химического происхождения.

Органогенные известняки состоят из остатков организмов, которые редко сохраняются полностью, чаще они раздроблены а также изменены последующими процессами. Если известняк состоит из целых раковин, его называют известняк-ракушечник, а если из битых – детритусовый известняк.

Разновидностью органогенного известняка является мел , состоящий главным образом из мельчайших раковин фораминифер, порошковатого кальцита и панцирей простейших микроскопических морских водорослей. Мел – белая землистая порода, широко использующаяся в качестве сырья для портландцемента, побелочного материала и пишущего мела.

Известняки химического происхождения встречаются в виде плотных тонкозернистых масс:

– оолитовые известняки – скопления мелких шариков скорлуповатого или радиально-лучистого строения, соединенных известковым цементом;

– известковый туф (травертин) – сильнопористая порода, образующаяся в местах выхода на земную поверхность богатых растворенной двууглекислой известью подземных вод, из которых при улетучивании углекислоты или при остывании воды быстро выпадает избыток растворенного углекислого кальция;

Натечные образования кальцита – сталактиты, сталагмиты (рис. 9).

Известняки применяются в качестве строительного материала, удобрения, в цементной промышленности, в металлургии (в качестве флюса).

Доломит CaMg(CO 3) 2 – состоит из минерала того же названия. Внешне похож на известняк, отличается от него реакцией с соляной кислотой (реагирует в порошке), желтовато-белым, иногда буроватым цветом, большей твердостью (3,4–4). Доломиты образуются в морских бассейнах главным образом как вторичные продукты за счет известняков: растворенный в воде магний взаимодействует и вступает в соединение с кальцитом известняка. Этот процесс, называемый доломитизацией, ведет к полному уничтожению органических остатков. Для доломитов не типична тонкая слоистость; они часто слагают мощные скальные утесы. Доломиты применяются в качестве флюса, огнеупора и для удобрений.

Мергель – известково-глинистая порода, состоящая из кальцита и глинистых частиц (30–50 %). Цвет ее палево-желтый, коричневато-желтый, белый, серый. Внешне мергель мало отличим от известняка; распознается он по характеру реакции с соляной кислотой, от капли которой на поверхности мергеля остается грязно-сырое или обеленное пятно, обусловленное концентрацией на месте реакции глинистых частиц. Образуется мергель в морях и озерах (рис. 10).

Kpeмнистые породы

Они могут быть и химического (кремнистый туф), и органогенного происхождения (кремень, диатомит, опока).

Кремнистый туф (гейзерит) состоит из пористой (реже плотной) массы опала. Цвет породы светлый, иногда пестрый. Образуется туф при выходе на поверхность горячих источников, в воде которых растворен кремнезем.

Кремень – тонкозернистый пятнистый или полосчатый агрегат халцедона, скрытокристаллической разновидности кварца. Образуется из распавшихся скелетных остатков кремневых организмов, то есть из геля кремнезема, который, постепенно теряя воду и уплотняясь, превращается в опал и затем в халцедон. Часто содержит включения органических остатков. Цвет преимущественно серый до черного или бурый, встречается в виде конкреций (желваков) в меловых известняках, никогда не образуя связных пластов . В каменном веке кремень благодаря высокой твердости (равной 7) служил важным материалом для изготовления оружия и орудий труда. В настоящее время используется как шлифовальный и полировальный материал.

Диатомит – пористая, легкая, белая, светло-желтая рыхлая или сцементированная порода, легко растирается в тонкий порошок, жадно поглощает воду. Состоит из мельчайших опаловых скорлупок диатомовых водорослей, скелетов радиолярий и игл губок, встречаются зерна кварца, глауконита, глинистых минералов. Применяется как фильтрующий материал и для получения жидкого стекла. Образуется диатомит из диатомового ила, находящегося на дне озер и морей.

Опока –кремнистая, пористая порода белого, серого, черного цвета, обладающая часто раковистым изломом. Наиболее твердые ее разновидности при ударе раскалываются с характерным звенящим звуком. Она состоит из зернышек опала и незначительной примеси остатков кремневых скелетов организмов, сцементированных кремнистым веществом.

Железистые породы

Среди пород этой подгруппы наиболее распространены сидерит (FeCO 3 – железный шпат) и лимонит.

Лимонит – механическая смесь гидроокисла железа с песчаным или глинистым материалом. По внешнему виду это чаще всего бобовые (оолитовые) или натечные массы. Цвет желтый, бурый, накапливается в болотах и озерах, поэтому часто называется болотной или озерной рудой.

Галоидные породы

Из галоидных пород наиболее распространена каменная соль , состоящая из минералагалита (NaCl), в природе она обычно окрашена в серый, рыже-желтоватый или красноватый цвет. Каменная соль обычно залегает слоями, имеет крупнозернистую структуру и блестит на солнце. Треть всей добываемой соли идет в пищу людям и животным, остальная часть используется в промышленности, для технических целей. В месторождении слои каменной соли нередко чередуются со слоями сильвина (KCl).

Сернокислые породы

Наиболее широко распространены гипс и ангидрит . Они образуются при выпадении из водных растворов в мелководных озерах, лагунах засушливых зон, где благодаря интенсивному испарению возникают перенасыщенные растворы.

Галоидные и сернокислые соли залегают обычно в виде пластов среди глинистых пород; последние их предохраняют от растворения подземными водами.

Гипс (CaSO 4 ∙ 2H 2 O) – белого цвета или слегка тонированный; крупнозернистый или волокнистый, с шелковистым блеском. От сходного ангидрита, имеющего твердость 3–4, отличается более низкой твердостью, равной 1,5–2. Широко применяется в строительстве. Путем обжига гипса из него удаляется 75 % кристаллизационной воды, но если к обожженному строительному гипсу добавить воду, то он быстро вновь поглощает ее, восстанавливая свое первоначальное водосодержание, что сопровождается увеличением объема. На этом основывается техническое использование гипса в качестве цемента и вяжущего материала.

Ангидрит (CaSO 4) – так называется как сама соляная порода, так и минерал, слагающий ее, похожа на каменную соль, белесовато-серого, желтоватого, голубоватого цвета, но имеет мелкозернистую структуру и не обладает соленым вкусом. Применяется в производстве минеральных удобрений и в строительстве. Ангидритовые слои представляют опасность при строительстве туннелей, так как при поступлении воды они чрезвычайно сильно разбухают и вследствие этого могут сдавить стены туннеля.

Фосфатные породы

К ним относятся многие осадочные породы, обогащенные кальциевыми солями фосфорной кислоты с содержанием Р 2 О 5 до 12–40 % и более. Фосфаты кальция представлены чаще апатитом .

В составе фосфоритов наблюдаются примеси кварца, кальцита, глауконита, остатки радиолярий, диатомей и других органических веществ. Фосфатные породы встречаются в виде конкреций и пластов. Образуются они как хемогенным, так и биогенным путем в морях и на континентах (в озерах, болотах, пещерах). В морях фосфориты возникают при выпадении химического осадка на глубинах от 50 до 150 м. Цвет фосфоритов серый, темно-серый, черный. Применяются как сырье для удобрения (суперфосфат) и получения фосфора.

Каустобиолиты

Это большая группа горючих углеродистых пород органического состава и органогенного происхождения, и потому, согласно строгому определению, не являются настоящими горными породами. Но, с другой стороны, они представляют собой составную часть твердой земной коры и частично бывают изменены в такой степени, что их органическую природу уже невозможно установить, а потому их причисляют к осадочным породам.

Каустобиолиты возникают путем углефикации скоплений растительного материала. Процесс углефикации состоит в постепенном повышении относительного содержания углерода в органическом веществе вследствие его обеднения кислородом (и в меньшей мере водородом). Повышенные давления и температуры, связанные с горообразующими и вулканическими процессами, вызывают диагенетические и метаморфические преобразования углей.

Каустобиолиты бывают твердыми (торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит, графит, горючие сланцы, асфальт, озокерит), жидкими (нефть) и газообразными (горючие газы). Свойства твердых каустобиолитов приведены в табл. 8.

Таблица 8

Свойства твердых каустобиолитов

Торф состоит из полуразложившихся болотных и древесных растительных остатков, содержащих в своем составе углерод (35–59 %), водород (6 %), кислород (33 %), азот (2,3 %). Торф – рыхлая, буровато-коричневая или черная порода. В зависимости от того, из каких растительных остатков состоит торф, различают сфагновый, осоковый и тростниковый торф. В сыром виде торф содержит до 85–90 % воды, при высушивании его до воздушно-сухого состояния в нем остается еще до 25 % воды. Торф используется для приготовления удобрений и технического воска.

Бурый уголь содержит 67–78 % углерода, 5 % водорода и 17–26 % кислорода. Это плотная темно-бурая или черная масса с землистым изломом, матовым блеском, черта темно-бурая. Твердость 1–1,5; плотность 1,2 г/см 3 . В составе бурых углей имеются примеси глинистых минералов, обусловливающие их высокую зольность.

Каменный уголь содержит углерода до 82–85 %. Порода черного цвета, плотная, блеск матовый, черта черная. Твердость от 0,5 до 2,5; плотность
1,1–1,8 г/см 3 .

Антрацит содержит углерода 92–97 %. Это твердая хрупкая порода серовато-черного цвета с сильным полуметаллическим блеском. Излом зернистый, раковистый. Твердость 2,0–2,5; плотность антрацита 1,3–1,7 г/см 3 . Цвет черты светло-черный. Образуется при высоких давлении и температуре (не ниже 300 °С).

Графит – кристаллический углерод; это высокометаморфизованный уголь, но он может иметь и неорганическое происхождение.

Горючие сланцы – сланцеватые, глинистые или мергелистые породы, в состав которых входит органическое вещество в виде рассеянного сапропеля (гнилостного ила). Горючие сланцы тонкослоисты, обладают темно-серым или бурым цветом; образовались они в процессе накопления отмерших микроводорослей и планктона. Применяются в качестве местного топлива и для получения жидких и газообразных летучих веществ, из которых получают нефтепродукты, газ, серу, олифу, дубильные экстракты, краски, ядохимикаты для защиты растений.

Нефть представляет собой смесь жидких и газообразных углеводородов. На долю других элементов (азота, кислорода, серы и др.) приходится 1–2 %. По внешнему виду это маслянистая жидкость, цвет изменяется от почти белого, желтого до темно-коричневого; соответственно меняется и плотность – от 0,76 до 1,0 г/см 3 . Лишь асфальтовые нефти имеют несколько большую плотность.

Янтарь (C 10 H 16 О) – затвердевшая смола хвойных деревьев, произраставших 25–30 млн. лет назад. Янтарь аморфен. Цвет его белый, желтый, коричневатый. Твердость 2–2,5. Прозрачен или просвечивает. Блеск жирный или матовый. Плотность 1,05–1,1 г/см 3 , плавится при температуре 300 °С. Горит, выделяя приятный запах. При трении легко электризуется. Встречается в виде глыб среди песчаных пород. Применяется в ювелирной промышленности и в отдельных медицинских препарата.

Основные осадочные породы органического и химического происхождения приведены в табл. 9.

Таблица 9

Основные породы органического и химического происхождения