Состав и строение осадочных пород.

ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ (а. sedimentary rocks; н. Sedimentargesteine, Sedimentgesteine; ф. roches sedimentaires; и. rocas sedimentarios, rocas de lecho sedimentario) — горные породы , возникшие путём осаждения вещества в водной среде, реже из воздуха и в результате деятельности ледников на поверхности суши, в морских и океанических бассейнах. Осаждение может происходить механическим путём (под влиянием силы тяжести и изменения динамики среды), химическим (из водных растворов при достижении ими концентраций насыщения и в результате обменных реакций), а также биогенным (под влиянием жизнедеятельности организмов). В зависимости от характера осаждения разделяются на обломочные, химические и органогенные ().

Источником вещества для образования осадочных горных пород являются: продукты выветривания магматического, метаморфического и более древних осадочных пород, слагающих земную кору; растворённые в природных водах компоненты; газы, различные вещества, возникающие при жизнедеятельности организмов; вулканогенный материал (твёрдые частицы, выброшенные вулканами , горячие водные растворы и газы, выносимые вулканическими извержениями на поверхность Земли и в водные бассейны). В современных океанических осадках (красная глубоководная глина , ил и др.) и в древних осадочных породах встречается также космический материал (мелкие шарики никелистого железа , силикатные шарики и т.п.).

Кроме того, в составе осадочных горных пород, как правило, присутствуют органические остатки (растительного и животного происхождения), синхронные времени их образования, реже более древние (переотложенные). Некоторые осадочные горные породы (известняки, угли, диатомиты и др.) целиком сложены органическими остатками. Размер частиц (зёрен), их форма и взаимное сочетание определяют структуру осадочных горных пород.

Осадочные горные породы образуют пласты , слои, линзы и другие геологические тела разной формы и размера, залегающие в земной коре нормально-горизонтально, наклонно или в виде сложных складок. Внутреннее строение этих тел, обусловливаемое ориентировкой и взаимным расположением зёрен (или частиц) и способом выполнения пространства, называется текстурой осадочных горных пород. Для большинства этих пород характерна слоистая текстура: типы текстуры зависят от условий их образования (главным образом от динамики среды).

Образование осадочных горных пород происходит по следующей схеме: возникновение исходных продуктов путём разрушения материнских пород, перенос вещества водой, ветром, ледником и осаждение его на поверхности суши и в водных бассейнах. В результате образуется рыхлый и , насыщенный водой, полностью или частично, осадок, сложенный разнородными компонентами.

Он представляет собой неуравновешенную сложную физико-химическую и частично биологическую систему, с течением времени постепенно превращающуюся в осадочную породу.

Образование и размещение на поверхности Земли осадочных горных пород определяется главным образом климатическими и тектоническими условиями. Так, в областях гумидного климата (влажного и тёплого) образуются глинозёмистые, железистые, марганцевые породы и различные каустобиолиты; для аридных (засушливых) областей характерны отложения доломитов, гипса , галита , калийных солей , красноцветных пород; для нивальных областей (полярных и высокогорных) — продукты физического выветривания, представленные различными обломочными породами. Влияние тектонического режима не менее важно. В геосинклиналях накапливаются мощные толщи осадочных горных пород, которые, как правило, характеризуются изменчивостью в пространстве и пёстрым (многокомпонентным) составом обломочного и другого материала, наличием пластов вулканогенно-осадочных пород и т.п. Наоборот, на платформах залегают небольшие по мощности толщи осадочных горных пород, часто с пластами, выдержанными в пространстве, с более однородным (однокомпонентным) составом обломочного материала и т.п. Условия осадконакопления в прежние геологические эпохи (особенно в течение фанерозоя) были близки или аналогичны современным. Поэтому распределение типов пород на поверхности Земли в древние геологические периоды позволяет восстанавливать палеогеографическую и палеотектоническую обстановку геологического прошлого.

Происхождение осадочных пород. Любая находящаяся на зем­ной поверхности порода подвергается выветриванию, т. е. разру­шительному воздействию воды, колебаний температур и т. д. В результате даже самые массивные, прочные магматические поро­ды постепенно разрушаются, образуя обломки разных размеров и распадаясь до мельчайших частиц.

Продукты разрушения переносятся ветром, водой и на опре­деленном этапе переноса отлагаются, образуя рыхлые скопления или осадки. Накопление происходит на дне рек, морей, океанов и на поверхности суши. Из рыхлых скоплений (осадков) с тече­нием времени формируются (уплотняются, приобретают структу­ру и т. д.) различные осадочные породы.

Осадочные породы слагают самые верхние слои земной коры, покрывая своеобразным чехлом породы магматического и мета­морфического происхождения. Несмотря на то что осадочные породы составляют всего 5 % земной коры, земная поверхность на 75 % своей площади покрыта именно этими породами, в свя­зи с чем строительство и производится в основном на осадочных породах. Инженерная геология этим породам уделяет наибольшее внимание.

Мощность толщ осадочных пород колеблется в широких пре­делах - в одних местах она очень мала, в других исчисляется ки­лометрами.

Инженерно-геологические свойства осадочных горных пород находятся в непосредственной зависимости от особенностей их состава, строения и состояния, равно как и другие горные поро­ды, что нами неоднократно подчеркивалось выше. Наряду с этим надо отметить, что строение, состав и состояние породы форми­руются в зависимости от ее генезиса. Таким образом, инженер­но-геологические свойства осадочных горных пород складывают­ся в процессе литогенеза.

Под литогенезом принято понимать совокупность геологиче­ских процессов, определяющих современный состав, строение, состояние и свойства осадочных горных пород.

Процессы литогенеза достаточно условно подразделяют на ряд стадий:

гипергенез - выветривание - разрушение кристаллических и других пород, образование новых минералов, обломков пород, об­ломков минералов, коллоидных и истинных растворов;

седиментогенез - перенос и отложение материала - образо­вание осадка;

диагенез - превращение осадка в осадочную породу;

катагенез - начальные изменения осадочной породы;

метагенез - глубокие изменения осадочной породы - обра­зование метаморфизованных осадочных пород.

Последние две стадии иногда объединяются под одним поня­тием - эпигенез. Осаждение вещества, его диагенетические и постдиагенетические преобразования протекают по-разному, в за­висимости от физико-химических условий среды, температуры, давления, длительности и интенсивности процесса, например скоростей течения воды, движения воздуха, льда и т. п.

Особенности осадочных пород. Осадочные породы в силу спе­цифических условий образования приобретают ряд особенностей, которые существенно отличают их от магматических и метамор­фических пород. Это проявляется в минеральном и химическом составе, структурах, слоистости, пористости, зависимости состава и свойств пород от климата, в содержании органических остатков.

Минеральный и химический состав. В образовании осадочных пород, кроме минералов, из которых формировался рыхлый оса­док (кварц, полевые шпаты и др.), принимают участие минера­лы, возникающие в данной породе в процессе ее существования (кальцит, каолинит и др.). Во многих случаях они играют суще­ственную роль. Осадочные породы разнообразны по химическому составу. Это могут быть алюмосиликаты, карбонаты, оксиды, су­льфаты и др.

Структура осадочных пород разнообразна. Почти каждый тип породы имеет свою, присущую только ему структуру. Для рыхлых пород характерны обломочные структуры, для сцементирован­ных - брекчиевидные и т. д.

Пористость типична для всех осадочных пород, за исключе­нием некоторых плотных химических осадков. Поры бывают мелкие, крупные и в виде каверн. Общая пористость может быть велика, например суглинки - 40-50%, пески - 35-40% и т. д. В порах могут располагаться вода, газ, органический материал.

Слоистость. Осадочные породы залегают в виде слоев (рис. 21), которые образуются в процессе периодического накоп­ления осадков в водной и воздушной среде. В составе слоя может быть микрослоистость, отражающая осадконакопление в различ­ные времена года. Микрослоистость характерна для озерных и речных отложений. В слое горной породы могут быть также тон­кие слои других пород. Их называютпрослоями. Например, в слое песка может быть тонкий прослой глины.

При резком различии слоев по составу, например, слой песка лежит на слое известняка; более или менее постоянной мощно­сти и сравнительно большой занимаемой площади слои называ­ют пластами. В таких случаях слои (пласты) обычно ограничены с двух сторон четко выраженными поверхностями, которые на­зываютплоскостями (поверхностями)напластования, причем вер­хнюю плоскость называют -кровлей , нижнюю -ложе , а рассто­яние между ними -мощностью слоя (пласта). Наибольшей мощностью пластов обладают морские отложения (до сотен и да­же тысяч метров). Континентальные образования четвертичной системы, залегающие непосредственно под слоем почвы, имеют, как правило, относительно небольшую мощность (10-50 м).

Комплекс слое», объединенных сходством состава или возрас­та, или один слой, но значительной мощности, нередко называ­ют толщей. Примером могут служить толщи лессовых пород, мощность которых может достигать десятков метров.

Слои образуются в процессе накопления осадков в морях, озерах, долинах рек и т. д. Это обусловливает образование слоев различной формы как по размеру в плане, так и по очертаниям по вертикали. Наиболее обычным является нормальный слой (рис. 22), для которого характерна сравнительно большая мощ­ность и протяженность, параллельность кровли подошве. Для континентальных отложений характерны такжелинзы - слои, за­нимающие малые площади с выклиниванием мощности к краям слоя, ивыклинивающиеся слои, мощности которых уменьшаются в одну сторону.

Важное практическое значение для инженерной геологии представляет сочетание слоев. При согласном залегании слои ле­жат параллельно друг другу (рис. 23, 24), чахце всего горизонта­льно. Такое залегание слоев характерно равнинам. В других слу­чаях за счет тектонических движений земной коры возникает несогласное залегание слоев (см. рис. 23, 24). Одна группа слоев при этом залегает непараллельно другой группе.

Климатические условия влияют на состав и свойства осадоч­ных пород: в пустынях образуются породы обломочного характе­ра, в замкнутых бассейнах накапливаются отложения солей и т. д. Окраска пород зависит от климатических условий: породы тропиков и субтропиков обладают красноватой окраской, холод­ному климату свойственны серые тона.

Органические остатки наблюдаются в большинстве осадочных пород. Это остатки растений или скелетных частей, раковин ор­ганизмов в виде окаменелостей.

Классификация осадочных пород. Осадочные породы принято подразделять на три основные группы: 1) обломочные, 2) хими­ческого происхождения (хемогенные); 3) органогенные, возник­шие в результате жизнедеятельности организмов. Это деление не­сколько условно, так как многие породы имеют смешанное происхождение, например, отдельные известняки содержат в своем составе материал органогенного, химического и обломоч­ного характера.

Обломочные породы. Породы обломочного происхождения со­стоят из продуктов механического разрушения магматических и метаморфических пород, а также ранее образовавшихся осадоч­ных пород (песчаников, известняков и др.).

В табл. 6 приведена основная классификация обломочных по­род. В ее основе: размеры обломков - грубые, песчаные, пылева­тые, глинистые; внешние очертания обломков (угловатые или ока­танные) и наличие структурных связей между обломками (рыхлые скопления или сцементированные между собой обломки).

Следует отметить, что глинистые частицы к обломкам отнесе­ны условно, так как их происхождение больше связано с хими­ческими процессами и меньше с механическим разрушением.

Окатанность возникает в процессе переноса обломков водой. В природе чаще всего встречаются скопления, состоящие из об­ломков разного размера. Название обломочной породе при этом дается по обломкам, которые в породе занимают более 50%.

К обломочным породам в виде самостоятельной группы отно­сят пирокластические породы, которые формируются из твердых вулканических продуктов (пепла, песка). Оседая на поверхность земли, песок и пепел образуют сцементированные накопления (пепел, туфы и др.).

Грубообломочные породы. В их состав входят угловатые (глыбы, щебень, дресва) и окатанные (валуны, галька, гравий) обломки различных горных пород. Наибольшее количество приходится на горные районы, морские побережья, речные долины, районы ледниковых отложений.

Песчаные породы - рыхлые накопления, состоящие из облом­ков минералов песчаного размера (2-0,05 мм). Таких частиц в породе должно быть не менее 50 %. По крупности частиц пески подразделяют на крупные (2-0,5 мм), средние (0,5-0,25 мм), мелкие (0,25-1 мм) и пылеватые (менее 0,1 мм). В песках пре­обладают минералы, наиболее устойчивые к выветриванию (кварц, слюды и др.).

Мономинеральные пески, например кварцевые, встречаются редко. «Вредными» в строительном отношении примесями являются оксиды железа, гипс, слюды, глинистые частицы. Проис­хождение песков - речное, ветровое, морское и т. д.

Глинистые породы. Глинистые частицы являются основными составными частями супесей, суглинков и глин. Каждая из этих пород в зависимости от количественного взаимоотношения пы­леватых и глинистых частиц имеет свои разновидности. Так, су­песь бывает легкая крупная, легкая пылеватая, тяжелая пылева­тая; суглинки - легкие, легкие пылеватые, тяжелые, тяжелые пылеватые; глины - опесчаненные, жирные.

Глинистые породы составляют около 50 % общего объема оса­дочных пород и чаще всего являются основаниями различных зданий и сооружений.

Инженерно-геологическая характеристика осадочных горных пород без жестких связей . Обломочные, глинистые, некоторые представители хемогенных и органогенных пород достаточно условно можно объединить в группу пород без жестких связей* что полностью характеризует «взаимоотношения» слагающих их эле­ментов. Эта группа объединяет большой и разнообразный круг по­род - от высокодисперсных глин до грубообломочных пород. Группа описываемых пород подразделяется на три крупные под­группы: первая объединяет глинистые и пылеватые, или связные, вторая - обломочные несцементированные, или несвязные, тре­тья - биогенные. В подгруппу связных входят глинистые и лессо­вые породы, для которых характерно значительное содержание глинистых и пылеватых частиц. Отдельно рассматриваются поро­ды, имеющие жесткие связи, - это сцементированные породы ти­па песчаников или аргиллитов.

Глинистые частицы формируются, в основном, в процессе хи­мического выветривания. Наличие этих частиц в породах в зна­чительном количестве обусловливает проявление нового характе­ра связей между всеми элементами (частицами). В данном случае говорить только о минералах нельзя, так как частицы могут быть представлены как отдельными минералами, так и их агрегатами, обломками минералов, пород и т. д. Это коллоидные связи, кото­рые являются следствием действия сил молекулярного и электро­статического притяжения как непосредственно между самими ча­стицами, так и между частицами и молекулами воды, содержащейся в породе. При непосредственном взаимодействии между частицами устанавливаются достаточно прочные связи, обусловливающие вполне высокую прочность породы в целом. В том случае, когда минеральные частицы окружены оболочками воды, взаимодействие может осуществляться лишь через эти обо­лочки, и, естественно, что связи между частицами (они называ­ются водноколлоидными) оказываются менее прочными. При та­ких связях частицы под влиянием внешних усилий могут перемещаться без нарушения сплошности всей массы породы, а это означает, что порода обладает способностью к значительным пластическим деформациям. Такие породы, которые могут при определенной степени влажности (увлажнения) переходить в пла­стичное состояние, с инженерно-строительной точки зрения должны быть выделены в отдельную общность грунтов, которая именуется связными или пластичными.

К связным относят различные глины, суглинки, супеси, лессы и лессовидные породы. Все они формируются преимущественно под влиянием процессов выветривания и денудации (хотя име­ются и морские глины различных генетических типов), когда на­ряду с агентами физического выветривания активно действуют агенты химического выветривания.

Благодаря этому изменяется не только минеральный состав пород, но и степень йх дисперсности. Химические реакции, про­текающие в природе, приводят к возникновению и накоплению глинистых частиц (размером менее 0,001мм), коллоидных частиц (размером менее 0,025 мм). Агенты химического выветривания являются основным фактором, обусловливающим особенности состава пород, входящих в связные.

Связные породы обладают целым рядом свойств, значительно отличающих их от других грунтов. К числу наиболее характерных особенностей следовало бы отнести изменение их свойств в за­висимости от влажности. Так, с ростом влажности прочность резко снижается, в сухом же состоянии эти породы способны выдерживать без разрушения весьма значительные нагрузки.

При большом содержании воды порода вообще способна пе­рейти в текучее состояние. Связные грунты при определенной влажности проявляют пластичность и липкость, они набухают при увлажнении и дают усадку при высыхании. Пористость обычно высокая, однако, несмотря на это, водопроницаемость незначительна, так как пористость породы сформирована преи­мущественно замкнутыми микропорами.

Связные породы, в свою очередь, подразделяют на глини­стые, лессовые и алевритовые.

К глинистым относят породы, у которых содержание глини­стых частиц превышает 3 %. Эти грунты обладают хорошо выра­женными пластическими свойствами и способностью к набуханию в воде. Во влажном состоянии они практически водонепроницаемы.

По петрографическому составу глинистые грунты можно раз­делить на глины, суглинки и супеси.

К глинам обыкновенно относят породы, у которых содержа­ние глинистых частиц превышает 30 %. Встречаются глины, обладающие высокой дисперсностью, у них количество глинистых частиц может достигать 60 % и более. Как правило, в глинах со­держится много коллоидов. Среди глин преобладают полиминеральные. Описанные выше особенности связных или глинистых грунтов выражены у глин особенно ярко.

Супеси содержат от 3 до 10 % глинистых частиц, вследствие чего по своим инженерно-геологическим свойствам они занима­ют как бы промежуточное положение между глинистыми и пес­чаными грунтами.

Глинистые грунты могут формироваться под воздействием различных природных процессов. В соответствии с этим при их подразделении в инженерно-геологических целях выделяют не только петрографические, но и генетические типы.

Каждый тип характеризуется присущими ему особенностями состава, структуры и текстуры глинистых толщ. Выделяют элю­виальные, делювиальные, пролювиальные, аллювиальные, флю- виогляциальные, озерные, озерно-болотные, морские, моренные, эоловые супеси, суглинки и глины (кроме, пожалуй, эоловых глин). Глинистые породы являются одним из наиболее широко распространенных типов грунтов. Они встречаются среди отло­жений различного возраста, начиная с кембрия и кончая совре­менными, по сути еще формирующимися образованиями. По мнению Л.Б. Рухина, глинистые породы составляют не менее 60 % общего объема осадочных пород. Эти породы часто вовле­каются в сферу интересов инженеров-строителей и в связи с этим необходимо достаточно серьезное к ним отношение, с уче­том того, что состав глинистых грунтов, структурно-текстурные особенности, а также строение слагаемых ими толщ определяют­ся генезисом. Кроме того, ощутимое влияние на свойства глини­стых грунтов оказывают их возраст и условия залегания.

Пески имеют чрезвычайно широкое распространение. Соглас­но данным Л.Б. Рухина, площадь, которая занята в СНГ песка­ми, равняется примерно2млн км 2 , из которых чуть меньше тре­ти (600 тыс. км 2) приходится на территорию Европейской части СНГ. Массивы песков Средней Азии и Казахстана имеют пло­щадь около 1 млн км 2 . Интенсивное использование песков в строительной практике в различных целях предопределяет необ­ходимость тщательного их изучения. Песчаные породы открыва­ют в нашем описании распространенную группу несвязных грун­тов, не имеющих или почти не имеющих аналогичных глинистым грунтам связей между частицами и реализующие свои прочностные и деформационные характеристики за счет других особенностей своего внутреннего строения.

Состав, строение и свойства песков определяются, как и у всех пород, их генезисом. Установлено, что разные генетические типы песков имеют различное распространение: в Европейской части СНГ, включая страны Балтии, 51 % площади занимают аллювиальные пески, 24 % -водноледниковые, 11,3 % - эоло­вые, 3,6 % -аллювиальные, 5-6%-морские, 1,6 %-озерные, 1,5% - остальные типы.

Крупнообломочные породы представляют собой преимуществен­но обломки пород размером более 2 мм. Обломки эти несцемен- тированы и аналогичны во взаимодействии друг с другом песча­ным грунтам, т. е. в них отсутствуют связи, характерные для глинистых грунтов и грунтов с жесткими кристаллизационными связями. Обломки пород, в основном определяющие свойства и поведение грунтов под сооружениями, могут иметь различный петрографический состав и различную форму, степень обработан- ности, что, с одной стороны, определяется составом пород, а с другой (и это главное) - генезисом крупнообломочных пород (рис. 25).

■ Инженерно-геологическая характеристика осадочных пород с жесткими связями. Обломочные сцементированные породы. Рыхлые обломочные породы в природных условиях могут подвергаться це­ментации за счет веществ, выделяющихся из циркулирующих в них водных растворов; в поры может вноситься («вмываться») пы­леватый и глинистый материал. Кроме того, в них могут выпадать из растворов в осадок гипс, кальцит, кремнекислота, гидроксиды железа и другие соединения. Появление этих веществ в толще не­сцементированных обломочных грунтов приводит не только к уве­личению плотности последних, но и вызывает образование проч-

ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Осадочные породы покрывают три четверти суши планеты и лишь одна часть занята магматическими и метаморфическими породами. Значение осадоч-ных пород велико. В них сосредоточены почти все месторождения каустобио-литов (нефть, газ, уголь, горючие сланцы и многие другие полезные ископае-мые. Известно, что отложения осадков происходят, главным образом, благода-ря механическим, химическим и биологическим процессам. Осадочные горные породы подразделяются на механические, хемогенные и биогенные. Услов-ность такого разделения очевидна. Трудно обнаружить породы, целиком и пол-ностью образованные в результате какого-либо одного процесса. Более пра-вильно группировать их по составу на обломочные и глинистые породы и по-роды химического и биогенного процессов. Такое их подразделение также име-ет условный характер, так как обломочные породы в процессе диагенеза под-вергаются воздействию разнообразных химических и биологических процес-сов, которые оставляют следы в виде определенных минералов и отражаются на строении этих пород. Однако, как рабочая схема разделения осадочных по-род на три группы удобна и ей обычно пользуются.

В целом осадочные породы занимают скромное место в земной коре, сос-тавляя 8 % её объёма. При этом на долю обломочных пород приходится 1,7 %, глины и глинистые сланцы – 4,2 % и на химогенные и органогенные, главным образом, карбонатные породы – 2 %. Основная масса осадочных образований сосредоточена на континентах и их подводных окраинах. Не более трети всего объёма осадков и осадочных пород находится на дне океанов.

Определение структуры и текстуры в осадочных породах зачастую вызы-вает большие затруднения. Наиболее простым случаем является строение неко-торых обломочных пород, структура которых определяется величиной облом-ков, а текстура различными видами слоистости. Однако в них часто имеются образования, возникновение которых связано с различными стадиями литоге-неза. Например, при характеристике песчаников надо отмечать не только струк-туру обломочной части, сформировавшуюся в процессе осадконакопления, но и структуру цемента, который возник при диагенезе.

Осадочные горные породы классифицируются по условиям образования (табл. 4). Механические осадки (обломочные породы) образуют немногим бо-лее 20 % всей массы осадочных пород. Они в первую очередь разделяются по структуре, т.е. по размерам обломков, слагающих породу. Выделяют четыре группы структур обломочных пород: грубые (псефитовые) обломки имеют раз-меры более 2 мм, средние (псаммитовые) или песчаные зёрна – 2-0,05 мм, мелкие (алевритовые) зёрна – 0,05-0,005 мм, тонкие (пелитовые) частицы име-ют размеры менее 0,005 мм. Кроме хорошо отсортированных пород встреча-ются смешанные – разнозернистые.

Обломочные породы подразделяются также по наличию или отсутствию связующего вещества (цемента) на рыхлые и сцементированные. Обычно выде-ляют следующие виды цементов: глинистый, железистый, сульфатный, карбо-натный и кремнистый. Грубообломочные породы делят с учетом размера (сте-пени окатанности) обломков. По составу обломочной части пески, песчаники подразделяют на мономинеральные (обычно кварцевые), олигомиктовые и полимиктовые (среди которых выделяют аркозы и граувакки).

Текстуры обломочных пород не менее разнообразны, чем их структуры. Существуют текстуры первичные – параллельно-слоистые, косо-слоистые, волнисто-слоистые, неслоистые. Сами породы могут быть рыхлыми, сыпучими, сильно уплотненными, сцементированными. Минералы в осадочных породах могут быть в кристаллическом, аморфном и коллоидном состоянии.

Средний минеральный состав осадочных пород по У.Х. Твенхофелу, %: 34,80 кварц; 15,60 полевые шпаты, в том числе плагиоклазы; 15,00 мусковит,

Таблица 4

Классификация осадочных пород по А.Л. Архангельскому

Осадочные породы классифицируются по происхождению и условиям образования.

По происхождению выделяют следующие генетические типы осадочных пород: механические осадки (обломочные горные породы), химические осадки, органогенные осадки, пирокластические осадки.

Осадочные породы обломочного происхождения представляют собой продукты механического разрушения горных пород, накапливающиеся и сохраняющиеся в рыхлом или сцементированном состоянии.

По величине обломков различают такие фракции зернового (гранулометрического) состава обломочных пород: грубообломочная - величина обломка и зёрен от 2 и более мм; среднеобломочная (песчаная) – от 0,05 до 2мм; мелкообломочная (пылеватая) – от 0,001до 0,05мм; тонкообломочная (физическая глина) – менее 0,001мм.

В зависимости от гранулометрического состава обломочные породы подразделяются (таблица 2):

Грубообломочные породы – обломки более 2мм в диаметре (гравий, щебень, галечник или сцементированные разности (брекчии, гравелиты, конгломераты);

Песчаные породы – зёрна диаметром 0,05…0,2мм (пески, песчаники – рисунок 53, 54, 55, 56);

Рисунок 53 – Песчаник Рисунок 54 – Песчаник медистый

Рисунок 55 – Песчаники Рисунок 56 – Песчаник ожелезнённый

Глинистые породы – частицы менее 0,05мм в диаметре, т. е. пылеватые и глинистые частицы (супеси, суглинки, глины);

Обломочные породы смешанного состава (гравелистые пески, валунники, супеси, суглинки, глины).

Таблица 2 – Классификация обломочных осадочных пород

Размер обломков, мм			Обломочные породы			Фракции по ГОСТ
	углова-тые	окатан-ные		сцементированные из частиц
				углова-тых	окатан-ных
			Грубообло-мочные		Конгло-мераты	Валунная (каменистая)
		Галечник				Галечнико-вая (щебенис-тая)
						Гравийная (дресвяная)
	Песчаные		Песчаные		Песча-ники	Песчаная
	Пылеватые		Пылеватые		Алевро-литы	Пылеватая
Менее 0,005	Глинистые		Глинистые		Аргил-литы	Глинистая

Осадочные породы химического происхождения образуются при осаждении минерального вещества из истинных и коллоидных растворов. Осаждение происходит в лагунах, реже пресноводных озёрах или у мест выхода подземных вод на поверхность.

Органогенные осадочные породы слагаются из скелетных остатков организмов. Различают: зоогенные осадочные породы, слагающиеся из скелетных частей животных организмов (известняки, кремнистые породы), фитогенные, состоящие из остатков растительного происхождения (уголь, некоторые известняки и другие) и смешанные (зоофитогенные) из остатков животного и растительного происхождения. Поскольку процессы химического и органогенного осаждения минеральных веществ протекают одновременно, то образующиеся породы объединяют в одну группу.

Пирокластические породы образуются путём осаждения твёрдых продуктов вулканических извержений – вулканического пепла, лапиллей, бомб. Минеральное вещество пирокластических пород магматического происхождения, а способ образования осадочный (вулканические туфы – рисунок 57, туфобрекчии и другие).

Рисунок 57 – Вулканический туф

В зависимости от условий образования осадочные породы объединяются в фациальные группы:

Континентальные фации – отложения болот, рек, озёр, ледниковые, пустынь, горных склонов;

Морские фации – формируются в зоне прибоя, в шельфовой полосе на материковом склоне и в глубоководных частях океана;

Лагунные фации, включающие соленосные, угленосные и другие отложения лагун.

Фациальные условия оказывают значительное влияние на состав, строение, сложение и условия формы залегания осадочной породы.

Структура (строение) осадочных горных пород определяется их гранулометрическим составом, взаимным расположением и способом скрепления частиц.

Различают типы структур:

Обломочные (сцементированные или несцементированные) свойственные грубо-, средне- и мелкообломочным горным породам;

Алевритовые и пелитовые, характерные для тонкообломочных пород пылевато-глинистых);

Кристаллически-зернистые присущи многим химическим осадочным породам и подразделяются на – яснозернистые (диаметр зёрен более 0,1 м), тонкозернистые (диаметр 0,1 - 0,01 мм), микрозернистые и скрытозернистые (диаметр ≤0,01 мм - оолитовая, органогенная, органогенно-детритусовая).

В осадочных породах различают типы цемента:

Базальтовый, когда обломочный материал заключён в массу цементирующего вещества, а зёрна не соприкасаются друг с другом;

Контактный – цементация наблюдается в местах соприкосновения зёрен;

Цемент выполнения – когда цемент выполняет промежутки между соприкасающимися минеральными зёрнами;

Смешанный – сочетающий два или несколько типов цемента.

В зависимости от состава цементирующего вещества выделяют известковые, гипсовые, кремнистые, железистые, глинисто-известняковые песчаники, конгломераты, брекчии.

Структура осадочных горных пород характеризуется величиной обломков, слагающих породу, а у химических осадков - величиной кристаллов. Породы крупнокристаллические состоят из кристаллов размером более 1мм, среднекристаллические - 1,0…0,1мм, скрытокристаллические - 0,1…0,01мм, пелитоморфные - меньше 0,01мм. Осадочные горные породы, состоящие из хорошо сохранившихся скелетов организмов, имеют биоморфную структуру; из обломков скелетов - детритусовую

К структурным характеристикам относятся скважность (пористость) осадочных пород. Различают пористость грубую, крупную, мелкую, тонкую (глины).

Пористость может быть первичной (возникает при формировании самой породы – межзерновая пористость), вторичная – появляется в сформировавшейся породе (при выщелачивании легкорастворимых минералов). Поры бывают мелкие, крупные и в виде каверн. Общая пористость суглинков может составлять 40…50%, песков – 35…40%. Поры могут быть заполнены водой, газом, органическим материалом.

Текстура (сложение) осадочной породы обычно слоистая; реже наблюдается беспорядочное сложение (когда зёрна минералов располагаются хаотично). Под слоистостью понимают сложение осадочных пород, выраженное в многократной смене прослойков, отличающихся друг от друга по зерновому и минеральному составу, распределению минеральных составляющих, по окраске и другим признакам.

Слоистость (рисунок 58, 59, 60) бывает параллельной, косой и диагональной. Иногда она бывает ритмичной, когда отдельные прослои ритмично повторяются в определённой последовательности.

Формы залегания осадочных пород (рисунок 61). Осадочные породы чаще всего залегают в виде пластов (слоёв) – плитообразных минеральных тел, ограниченных параллельными поверхностями – плоскостями напластований, которые образуются в процессе периодического накопления осадков в водной среде и на поверхности материнских пород.

Рисунок 58 - Основные типы слоистости осадочных пород:

а - горизонтальная; б, д - косые; в - параллельная; г - линзовая;

е - диагональная; ж - волнистая

Рисунок 59 – Разновидности косой слоистости

1 - диагональная (косвенная); 2 - перекрестная; 3 - речной тип косой слоистости (сечение по течению реки); 4 - косая слоистость потоков с непостоянным положением русла (сечение перпендикулярно направлению течения)

Напластования отделяют пласт от подстилающего и покрывающего слоёв. Нижняя граничащая поверхность пласта называется ложе, верхняя – кровлей пласта, а расстояние между ними – мощностью пласта (слоя). В составе слоя может наблюдаться микрослоистость, отражающая осадконакопление в различные времена года. Она характерна для озёрных и речных отложений. В слое горной породы могут быть тонкие слои других пород, называемые прослоями (в слое песка тонкий прослой глины).

Рисунок 60 - Разновидности слоистых толщ осадочных пород:

а - нормальная; б - косая; в - перекрестная; 1 - песок; 2 - глина; 3 - глина опесчаненная; 4 -границы трансгрессии; 5 - известняк; 6 - аргиллит;

7 - доломит; 8 - иловатая глина

Рисунок 61 – Формы залегания осадочных пород: а, б - горизонтальное; в - выклинивание пластов; г, д - линзовидное; е - моноклинальное;

ж - складчатое, волнистое; 1, 2, 3 - пласты; 4 - прослойки в пласте;

5, 6 - выклинивающие пласты; 7 - линзы

Мощность пластов относительно постоянна, но может быть изменчивой, непостоянной. В этом случае наблюдается явления раздува – резкого увеличение пласта и пережима – резкого местного уменьшения мощности пласта.

Постоянное уменьшение пласта вплоть до его исчезновения называется выклиниванием пласта. Постоянная мощность пласта характерна для толщ морских осадочных пород (до сотен и тысяч метров). Континентальные отложения четвертичной системы залегают непосредственно под слоем почвы, имеют относительно небольшую мощность (10…50м), и отличаются частыми раздувами и пережимами, и для них характерны линзовидные и гнёздообразные формы залегания. Комплекс слоёв, объединённых сходством состава или возраста, или один слой значительной мощности, называют толщей.

Линзы и линзовидные залежи - пласты, которые выклиниваются во всех направлениях, образуя тела ограниченного по площади распространения. Характерны для озёрных, речных и лагунных фаций.

Гнездом или карманом называют такие неправильные формы залегания осадочных пород, которые отличаются быстрым выклиниванием на коротких расстояниях. Характерны для ледниковых отложений и для образований коры выветривания.

Осадочные породы могут залегать куполообразными (известняки коралловых рифов) или штокообразными формами (соли, гипс). При последовательном наслоении минеральных масс слои сменяют друг друга в соответствии с эволюцией органического мира. Такое залегание толщ называется согласным.

Рисунок 62 - Типы несогласий в залегании горных пород

1 - стратиграфическое несогласие (перерыв в осадконакоплении с размывом поверхности горных пород, отложенных до перерыва); 2 и 3 - угловое несогласие (сочетание дислоцированных пород с более молодыми недислоцированными); 4 и 5 - угловое несогласие (сочетание двух толщ, дислоцированных с различной степенью интенсивности); 6 и 7 - угловое несо-гласие (сочетание двух различно дислоцированных толщ с третьей, залегающей горизонтально); 8 - тектоническое несогласие (сочетание различно дислоцированных толщ по разлому); АБ - линия разлома

Когда образование слоёв имеет перерыв и древняя толща размывается, прежде чем отложилась молодая и нарушается соответствие непрерывности смены органических остатков, такое отложение называется несогласием (рисунок 62). Несогласия, обусловленные тектоническими движениями земной коры, представляют собой молодые напластования, залегающие с угловым несогласием относительно подстилающей древней толщи.

Терригениые (обломочные) горные породы (г.п.) образуются путем накопления после некоторого переноса механических частиц - обломков ранее существовавших минералов и г.п., распавшихся па обломки в результате выветривания (главным образом физического) или при разрушительной деятельности воды, ветра, льда, морского прибоя.

Классификация терригенных г.п. строится исходя из: а - величины обломков; б - степени их окатанности; в - рыхлости или сцементированности и приведена в таб. 3.

При рассмотрении таблицы обратите внимание на следующее.

Для сцементированных обломочных г.п.; в отличии от рыхлых, т.е. сыпящихся в сухом состоянии (кроме глин), важно наличие какого-либо вещества, заполняющего промежутки между обломками и играющего роль природного цемента. По составу этот цементирующий материал может быть карбонатным, глинистым, железистым. Часто в качестве цемента выступает более тонкий обломочный же материал, например, конгломерат на песчаном (обязательно, конечно, с участием глины) цементе.

Окатанность обломков влияет на название породы в интервале от глыб-валунов до дресвы-гравия, т.e. в пределах, доступных для визуального (на глаз) определения степени окатанности обломков. В песках и песчаниках степень окатанности зерен устанавливается уже только под микроскопом, поэтому нет различий в названиях этих пород с окатанными или неокатанными песчинками. Тем более это различие теряет смысл для алевритов-алевролитов, частички которых при переносе в силу мизерных размеров окатывания вообще не испытывают.

В таблицу не внесены породы смешанного состава - супеси - смесь песчаных и алевритовых частиц с глинистыми (10-20%) при преобладании первых и суглинки - то же при содержании глинистых частиц до 20-40%. Пo сути эти породы рыхлые, по в силу как бы склеивающего действия гли­нистых частиц, они не сыпятся, как песок или алеврит.

Уплотненные и сцементированные супеси и суглинки специальных названий не имеют и относятся визуально или тонкозернистым песчаникам, или к алевролитам, или аргиллитам.

- Глины примечательны своими свойствами, отличающим их от всех остальных пород, - способностью неоднократно при размокании давать пластичную массу, а при высыхании твердеть. Связанность глин обусловлена тем, чем силы слипания глинистых частиц гораздо сильнее, чем их тяжесть. Отнесение глин к обломочным породам в известной степени условно, т.к. глинистые частицы обломками в полном смысле этого слова не являются. В общем случае они - результат химического выветривания, хотя есть дан­ные, что морозное выветривание в состоянии чисто механически раздробить г.п. до частиц, но размерам сравнимых с глинистыми.

- Аргиллиты - уплотненные, потерявшие пластичность глины. Это темно-серые, серые, плотные, с раковистым изломом, очень тонкозернистые или без видимого зернистого строения породы.

У начинающих вызывает затруднение определение обломочных г.п. с размерами частиц 0,2-0,3 мм - мелкозернистых песчаников, алевролитов, супесей, суглинков, аргиллитов. Отличие супесей и суглинков от песков и алевролитов указано выше, oт глин же они отличаются на ощупь - при растирании между пальцами или разжевывании комочка породы чувствуется присутствие твердых песчано-алевритовых частиц. Глины же разминаются в пластичную массу без ощущения присутствия твердых частиц.

Для отличия мелкозернистых песчаников, алевролитов и аргиллитов можно рекомендовать следующее простое, хотя и не очень строгое правило: если на глаз (или под лупой) можно определить размеры зерен, то это песчаник, если видно, что порода зернистая, но размер зерен определить нельзя, то это, скорее всего, алевролит; если же зернистости и на сколе не видно, то это аргиллит.

Органогенные горные породы образуются в результате накопления остатков раковин, колониальных построек (типа коралловых рифов), минерализованных скелетов ранее существовавших организмов. К органогенным горным породам относятся также скопления самих организмов, образующих группу каустобиолитов .

Таким образом, отличительной чертой органогенных пород является явное присутствие в породе большого количества самих организмов или остатков их жизнедеятельности (рис. 22,24).

Наиболее распространенным являются органогенные известняки, со­стоящие из скоплений целых раковин или колониальных построек известьвыделящих морских организмов - моллюсков, пелеципод, брахиопод, кораллов, морских лилий и других (рис.24). Не менее часто встречаются органогенно-обломочные (детритусовые) известняки, состоящие из облом­ков (результат действия волноприбоя) тех же раковин и колониальных построек. Смешанное хемогенно-органогенное происхождение имеет обыкно­венный писчий мел, хотя видно это только под микроскопом.

Некоторые организмы в процессе своей жизнедеятельности выделяют не известь, а кремнезем. Наиболее распространенной г.п. в этой группе является диатомит, состоящий из скопления микроскопических раковинок водоросли диатомея, а также трепел и опока. Опоки и трепелы - светлые микро- и тонко-зернистые, иногда землистые, породы состоящие из опала, часто микропористые, а потому легкие.

Из каустобиолитов торф, бурый и каменный уголь хорошо известны и пояснений не требуют. Горючие сланцы, углистые сланцы, представляющие собой результат накопления алеврито-глинистого материала вместе с растительными и животными остатками, внешне напоминают аргиллиты и глинистые сланцы, но отличаются черным цветом и явной примесью углистого вещества или запахом нефтепродуктов, сероводорода.

Хемогенные горные породы. Эти породы образуются путем выпадения вещества из истинных - соли (карбонаты, сульфаты, хлориты) и коллоидных - глины, кремнистые, железистые и марганцевые соединения - растворов. Отличительными признаками хемогенных г.п. являются отсутствие обломочной структуры, органических остатков, часто - кристаллическое или оолитовое строение.

Основные виды хемогенных г.п. даны в табл.

При рассмотрении таблицы, определении и описании хемогенных г.п. обратить внимание на следующее.

ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Происхождение Хим. состав	Хемогенные	Органогенные
1. Карбонатные:CaCO 3 CaMg(CO 3) CaCO 3 + 30% глины	Известняк Доломит Мергель
2. Галоидные и сернокислые NaCl CaSO4 ´2H2O CaSO4	Каменная соль Гипс Ангидрит
3. Железистые Fe 2 O 3 ´ nH 2 O	Бурые железняки Fe-Mn конкреции
4. Алюминий содержащие,Al 2 O 3 ´ nH 2 O	Каолиновые глины Бокситы, Латериты
5. Кремнистые (SiO 2); (SiO 2 ´ nH 2 O)	Лидит Фтанит Яшма	Трепел) Опока Диатомит
6. Фосфорсодержащие	Фосфориты)
7. Каустобиолиты (горючие)		Торф Бурый уголь Каменный уголь Горючие сланцы

Для карбонатов, галоидов и сульфатов характерно кристаллическое строение. Даже очень тонкозернистые известняки узнаются по многочисленным точечным блесткам граней кристалликов кальцита на свежем сколе породы. Цвет известняков преимущественно светло-серый, но и темно-серый и красно-бурый в зависимости от примесей глины, органического вещества, окислов железа.

Доломиты очень похожи на известняки. Иногда их можно отличить (если не прибегать к реакции HCl, с которой доломиты, в отличие от известняков реагируют только в порошке) по более зернистому, «сахаровидному» свежему сколу и слабо желтовато-белесой мучнистой (напоминает ссохшуюся муку) корочке на выветрелой поверхности.

Отнесение глин и аргиллитов к хемогенным породам столь же относительно, как и выше к обломочным.

Явных, видимых на глаз, отличий меж­ду «обломочными» и «хемогенными» глинами нет. Белые каолиновые глины и красные латериты легко узнаются.

Бокситы - переотложенные в прибрежно-морских условиях латериты. Для них характерен буро-красный цвет и оолитовое строение.

Мергель - порода промежуточная по составу между известняками и глинами. Внешне она походит на аргиллит, но обычно светлее и вскипает с HCl.

Силицилиты - лидиты, фтаниты и яшмы - отличаются ясным кремнистым (отдаленно напоминающим опал) плотным афанитовым или очень тонкозернистым строением, раковистым изломом, острыми ребрами ско­лов, заметной крепостью. Яшмы - разноцветные, лидиты - черные, похо­жие на аргиллиты, но крепче их, фтаниты – серые.

Оолитовые железные руды - почти всегда в той или иной степени лимонитизированы, а потому легко узнаются по бурой окраске и оолитовому строению. Сидериты - также от светло- до темно-бурых, часто мелкоолитовые, но могут быть и сплошными, однородными.

Методические указания

Определение и описание осадочных горных пород (о.г.п.)

Сначала по указанным выше признакам нужно отнести образец к обломочным, органогенным или хемогенным o.г.п.

Для обломочных горных пород определить средний размер обломков в миллиметрах и окатанные они или нет и на этом основании отнести породу к одному из видов согласно табл. 3. Определение пород от песчаников и крупнее затруднений обычно не вызывает. Об отличии тонкозернистых песчаников, алевролитов и аргиллитов - см. выше. Кроме того, изредка начинающие делают еще одну ошибку - путают обломочную текстуру гравелитов и песчаников с оолитовой структурой хемогенных горных пород или пугают гальки с конкрециями. Нужно помнить, что оолиты все­гда, а конкреции очень часто состоят из одного и того же вещества, что и основная масса породы.

При определении органогенных горных пород следует помнить, что присутствие органических остатков в породе еще не является бесспорным доказательством ее органогенного происхождения. Например, в угленосных толщах широко распространены песчаники, т.е. чисто обломочные породы, но переполненные обрывками углефицированных растений. При простом подходе органогенной может быть названа осадочная горная по­рода, если органические остатки составляют в ней более половины ее объема. В остальных случаях лучше просто указывать наличие пусть даже и большого количества органических остатков в обломочной или хемогенной породе.

При определении хемогенных о.г.п. нужно ориентироваться на их физико-химические особенности, в частности, кристаллическое строение, цвет, твердость и др.

Порядок описания о.г.п. в принципе тот же, что и при описании любых других г.п. по общей схеме: указывается цвет, текстура, структура, состав, название. Обязательно указание на присутствие органических остатков. При описании обломочных пород, если это видно простым глазом, нужно кроме того, указать степень окатанности обломков - неокатанные остроугольные, угловатоокатанные, полуокатанные, окатанные, состав и характер цемента.

Примеры описания осадочных г.п.

1. красноватый (цвет), среднекосослоистый (текстура), крупнозернистый (структура), кварцевый песчаник (состав, название) на карбонатном цементе со следами размыва на кровлях слоев (дополнительные текстурные особенности).

2. темно-серый (цвет), массивный, участками брекчиевидный (текстура), тонкозернистый (структура), органогенно-детритовый известняк (происхождение, название).

3. черный (цвет), тонкослоистый (текстура), грубый (структура), углистый алевролит (особенности состава, название) с опечатками флоры и плоскостях напластования (дополнительные текстурные особенности).