ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Процессы при происхождении и классификация. Магматические горные породы, находящиеся на земной поверхности, подвергаясь выветриванию (см. п. 4.6) постепенно превращаются в рыхлые продукты разрушения, которые отчасти ветром и льдом, главным же образом водой, сносятся в более низкие места, закрытые водные бассейны, моря и океаны, где происходит их осаждение. Произошедшие таким образом горные породы называются осадочными.

Вода может переносить продукты разрушения первичных (магматических) пород двумя путями: механически (мелкие частицы во взвешенном состоянии, а крупные, перекатывая по дну) или в виде водного раствора. В зависимости от этого и образование осадка происходит либо в результате механического выпадения частиц из потока (при замедлении течения реки), либо в результате выделения растворимого вещества в осадок при испарении воды или в случае химических реакций, в результате которых образуются нерастворимые соединения. Кроме того, образование осадка происходит в результате жизнедеятельности низших животных или растительных организмов. По происхождению осадочные породы подразделяют на механические осадки (обломочные породы), физико-химические осадки и органогенные породы (рис. 4.4). В свою очередь механические осадки делятся на рыхлые и сцементированные, а органогенные породы — на зоогенные и фитогенные. Зоо- генные породы произошли в результате жизнедеятельности животных, а фитогенные — растительных организмов.

Процессы при образовании и классификация осадочных горных пород по происхождению

Рис. 4.4. Процессы при образовании и классификация осадочных горных пород по происхождению

Минералогический состав осадочных горных пород представлен минералами, приведенными в табл. 4.3.

Таблица 4.3

Наименование

минерала

Химический

состав

Цвет

Плотность,

кг/м3

Твердость

Примечание

Кальцит

СаС03

Бесцветный, белый и др.

  • 2600-
  • 2800

3

Слагает известняки, мрамор, мел

Магнезит

МдС03

Белый, серый, желтый и др.

2900- SI 00

3,5—4

Сырье для огнеупоров и магнезиаль- ных вяжущих

Доломит

CaC03MgC03

  • 2800-
  • 2900

3,5—4

Гипс

CaS04 -2Н20

Бесцветный, белый и др.

2300

2

Сырье для гипсовых вяжущих веществ

Ангидрит

CaS04

Белый и др.

2950

3-3,5

Каолинит

AI203-2Si02-2H20

Белый

2500

1

Входит в состав глин

Водный

кремнезем

Si02nH20

Разных

оттенков

6

Природное цементирующее вещество

В осадочных породах, таких как механические осадки, могут встретиться все минералы первичных пород. Однако для осадочных горных пород характерны свои, присущие только им минералы. В то время как в магматических породах преобладают соли слабых кислот (кремневой и алюмокремневой) в осадочных горных породах силикаты и алюмосиликаты играют подчиненную роль, уступая первое место солям сильных кислот: угольной, серной и т. д.

Кальцит (известковый шпат) встречается в составе известняков и мраморов как в виде прекрасно образованных кристаллов, так и в виде сплошной массы разнообразного сложения, зернистой или плотной. Чистый кальцит бесцветен, при наличии же примесей он бывает сероватым, или белым, или окрашенным в светлые оттенки голубого, желтого, бурого и других цветов. Кальцит характеризуется совершенной спайностью по трем направлениям. Его распознают по реакции с соляной кислотой, с которой он хорошо реагирует даже на холоде, выделяя с характерным вспениванием углекислый газ. Растворимость кальцита в обычной воде ничтожно мала, однако он хорошо растворяется в воде, содержащей С02. Последнее обстоятельство лежит в основе образования ряда известковых пород. Его также нужно учитывать при использовании строительного камня из пород, богатых СаСОз.

Магнезит в природе встречается в составе одноименной породы. Магнезит используется для изготовления огнеупорных изделий и вяжущего вещества — каустического магнезита.

Доломит по химическому составу представляет двойную соль углекислых кальция и магния. Он встречается как в кристаллическом виде, так и в виде зернистых и, реже, землистых масс в составе породы с таким же названием. Применяется, как и магнезит в производстве огнеупоров и для получения вяжущего вещества — каустического доломита.

Различают эти минералы по действию соляной кислоты. Магнезит не реагирует с соляной кислотой ни при каких условиях, а доломит реагирует, но плохо; при подогревании выделяет С02. В горных породах кальцит и доломит сопутствуют друг другу в различных соотношениях.

Гипс и ангидрит представляют собой сернокислые соли кальция и образуют породы с одноименными названиями. Гипс может иногда являться цементирующим веществом в песчаниках. В отличие от гипса ангидрит не содержит кристаллизационной воды, что отражено в его названии, означающем в переводе — «безводный». Однако он медленно присоединяет воду, постепенно переходя в гипс. Ни тот, ни другой как строительные камни не употребляются. Главное применение гипса и ангидрита — получение гипсовых вяжущих веществ.

Каолинит образуется при выветривании полевых шпатов и является главной составной частью многих глин. Чистый каолинит имеет белый цвет, землистый вид, на ощупь слегка жирен и легко рассыпается.

Водный кремнезем в осадочных породах в отличие от магматических горных пород присутствует не только в кристаллическом состоянии (в виде кварца), но также и в аморфном виде, часто в соединении с водою (Si02-nH20); таков, например, опал, содержащий до нескольких процентов воды. Водный аморфный кремнезем слагает такие осадочные породы как диатомит и трепел, а также является очень прочным природным цементирующим веществом, заполняя промежутки между зернами песка (в песчаниках), и кальцита (в известняках).

Виды структур осадочных горных пород. Зернисто-кристаллическая (мраморовидная) — порода состоит из кристаллических зерен, ясно различимых простым глазом или под микроскопом. В зависимости от размера зерен различают: мелко- (0,25—0,75), средне- (0,75—1,25), крупно- (1,25—2) и грубозернистую структуру (2—Змм).

Плотная (тонкозернистая) — зерна трудноотличимы друг от друга даже под микроскопом. Условно к плотным относят породы зернистокристаллической структуры с величиной зерна менее 0,25 мм

Оолитовая — порода состоит из шариков радиально-концентрического сложения, сцементированных природным цементирующим веществом. Характерна для оолитовых известняков.

Обломочная (кластическая) — порода состоит из обломков горных пород, сцементированных природным цементом. Такую структуру имеют песчаники, конгломераты и брекчии.

Туфовая (пенистая) — структура пористых горных пород.

Рыхлые механические осадки делятся по размеру частиц d на: глину (^/<0,005 мм), пыль (d = 0,005—0,05), песок (<У = 0,05—5), щебень и гравий (5мм), булыжники и валуны (крупные камни).

Глина представляет собой мучнистую, тонкодисперсную породу, сложенную глинообразующими минералами: каолинитом (Al203-2Si02-2H20), монтмориллонитом (Al203-4Si02nH20), гидрослюдами и некоторыми другими, которые состоят из отдельных тончайших частиц (< 1 мкм), пластинчатой формы, связанных между собой силами молекулярного притяжения.

Глины образуются в результате выветривания горных пород, богатых полевыми шпатами (гранита, сиенита, гнейса, порфира).

Песок может быть кварцевым, полевошпатовым, известковым, доломитовым и др. Речной, морской и озерный пески, характеризуются окатанной формой зерен и гладкой поверхностью. Горный и овражный пески имеют угловатую форму и шероховатую поверхность зерен.

Большие количества песка расходуются для приготовления строительных растворов и бетонов, в дорожном деле для устройства оснований дорог и приготовления асфальтобетона. Чисто кварцевые (без примесей) пески высоко ценятся и употребляются как сырье в стекольной, керамической и металлургической промышленности.

Щебень является породой первичной по отношению к гравию, он образуется непосредственно из материнской породы при ее разрушении и состоит из обломков, имеющих угловатую, острогранную форму.

Гравий образуется из щебня в руслах рек, по берегам морей и озер. Частицы гравия имеют окатанную форму и гладкую поверхность.

Гравий и щебень применяются в дорожном деле, в качестве балласта для железных дорог и как заполнитель для бетона.

Булыжники и валуны — обломки горных пород ледникового происхождения, по размерам превышающие гравий. Мелкие камни называют булыжником, крупные — валунами. Они употребляются для получения щебня, мощения дорог, в ландшафтной архитектуре.

Сцементированные обломочные породы образуются из рыхлых отложений в результате их уплотнения и воздействия просачивающейся сквозь них воды, несущей в себе то или иное природное связующее вещество, которое, выделяясь из воды, цементирует обломки. К сцементированным породам относятся, например, песчаник (сцементированный песок), конгломерат (сцементированный гравий), брекчия (сцементированный щебень).

Песчаники различаются по виду цементирующего вещества. В порядке возрастания прочности их можно расположить в следующий ряд: глинистый; гипсовый; железистый; известковый; кремнистый.

Глинистые песчаники сцементированы глиной. Они малопрочны, размягчаются в воде и быстро выветриваются.

Гипсовые песчаники сцементированы гипсом, который растворим, а потому не обладают достаточной устойчивостью.

Железистые песчаники, сцементированные бурым или красным железняком, обладают удовлетворительными качествами и могут быть использованы как строительные камни.

Известковые песчаники, цементирующим веществом в которых является плотный или кристаллический кальцит, обладают высокой прочностью и устойчивостью. При значительном содержании в цементе MgC03 песчаники называются доломитовыми.

Кремнистые песчаники, роль цементирующего вещества в которых выполняет кремнезем в виде кварца, халцедона или опала обладают весьма высокой механической прочностью, приближающейся к прочности магматических пород, малой истираемостью, большой твердостью и огнеупорностью. К недостаткам кремнистых песчаников должна быть отнесена лишь их трудная обрабатываемость.

В строительстве песчаники употребляются в качестве штучного камня, облицовочного материала, для изготовления щебня и т. д.

Конгломераты и брекчии бывают железистые, известковые, кремнистые и др. В конгломератах сцементированы окатанные обломки горных пород, а в брекчиях — угловатые.

Осадочные породы химического происхождения получились в результате осаждения вещества из истинных (путем кристаллизации) и коллоидных (вследствие коагуляции) растворов.

Известняки представляют большую группу пород, сложенных в главной своей массе минералом кальцитом и различающихся происхождением и структурой. Различают: зернисто-кристаллические известняки или мраморы, плотные известняки в которых зерна трудноотличимы простым глазом, оолитовые известняки, мел, известковые туфы и известняки-ракушечники.

По большей части известняки загрязнены различными примесями, наибольшее значение из которых имеют глина и углекислый магний. Смесь глины с известняком, может быть настолько совершенной, что простым глазом не удается различить отдельных частиц глины и известняка. Количество глины может варьировать в весьма широких пределах, так что имеется целый ряд переходных пород от известняка к глине: известняк — глинистый известняк — известковый мергель — мергель — глинистый мергель — известковая глина — глина. Аналогично примесь MgC03 дает две переходных от известняка к доломиту породы: магнезиальный известняк и известковый доломит.

Плотный (обыкновенный) известняк состоит из мелких зерен кальцита, связанных цементирующим веществом, чаще всего калъцито- вым или известково-глинистым. Наиболее совершенные представители этой группы приближаются по структуре и свойствам к мраморам и называются мраморизованными известняками.

Обыкновенные известняки являются довольно распространенными в природе и широко используются в строительстве в качестве штучного и бутового камня.

Известковый туф образовался в результате растворения углекальциевых пород и осаждения их в новом месте. Растворимость СаС03 возрастает весьма сильно, если в воде содержится свободная углекислота. Такая вода, просачиваясь в недрах земли через известняковые отложения, переводит карбонат кальция в растворимый бикарбонат, согласно реакции: СаС03 + С02 + Н20 = Са (НС03) 2. Продукты растворения известняков уносятся водой, а на их месте образуются полости и пещеры, называемые карстовыми.

Когда вода, содержащая в растворе Са (НС03) 2, выходит на поверхность, и давление падает до атмосферного, углекислота из неё улетучивается. При недостатке С02 реакция протекает в обратном направлении с выделением СаС03 в виде твердого осадка. Из-за выделения углекислого газа образуются сильно пористые, ноздреватые и ячеистые отложения СаС03, называемые известковым туфом. Благодаря малой плотности и достаточной прочности известковый туф используется в качестве стенового материала.

Оолитовый известняк состоит из концентрически сложенных каль- цитовых шариков, сцементированных углекислым кальцием. Внутри каждого шарика находится песчинка. Шарики образуются в водных потоках, когда взвешенные частицы обволакиваются углекислым кальцием, выделяющимся из раствора по вышеописанному механизму. При достижении критических размеров шарики оседают на дно и цементируются той же солью. В зависимости от размеров шариков порода называется икряным или гороховым камнем.

По техническим свойствам оолитовые известняки значительно уступают плотным. Их временное сопротивление сжатию колеблется около 20 МПа.

Осадочные породы органогенного происхождения выделились из воды морских или пресных бассейнов в результате жизнедеятельности низших животных (зоогенные породы) и растительных (фитогенные породы) организмов, в том числе и бактерий.

Известняк-ракушечник — разновидность известняков, состоящая из раковин моллюсков различной степени сохранности, сцементированных между собой углекальциевой солью.

Цвет ракушечников желтовато-белый, иногда серый или слабосиневатый. Они характеризуются весьма высокой пористостью и вследствие этого малой плотностью порядка 1300 кг/м3. Теплопроводность ракушечников в 2—3 раза меньше, чем у красного кирпича. Благодаря малой твердости, особенно во влажном состоянии, ракушечники легко обрабатываются; их можно пилить обыкновенной пилой и тесать топором. Они также обладают хорошей гвоздимостью. Отрицательным качеством ракушечников является их сильное водопоглощение, что требует наружного оштукатуривания зданий. Ракушечник является весьма распространенным стеновым материалом в южных районах России.

Диатомит — слабосцементированная кремнистая (сложенная аморфным кремнеземом) порода белого светло-серого и желтовато- серого цвета, состоящая из скоплений микроскопических скелетов водорослей-диатомей, радиолярий и губок.

Трепел — порода, вторичная по отношению к диатомиту, состоящая из мельчайших зерен опала или халцедона (разновидностей аморфного кремнезема). По своим физико-техническим свойствам трепел сходен с диатомитом. Обе породы применяются в качестве гидравлической добавки к цементу и извести, как тонкодисперсные наполнители в материалах на основе битумов и полимеров и т. п.

Опока — продукт цементации трепела кремнистым веществом.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >