Осадочные горные породы

Осадочные породы в зависимости от условий их образования делят на три подгруппы: а) обломочные породы или механи­ческие осадки – рыхлые (гравий, глины, пески), остав­шиеся на месте разрушения пород или перенесенные водой, льдом (ледниковые отложения) или ветром (эоловые отло­жения); сцементированные (песчаники, конгломераты, брекчии), зерна которых сцементиро­ваны различными природными «цементами»; б) химические осадки (гипс, известняк и др.), образо­вавшиеся из продуктов разрушения пород, перенесенных водой в растворенном виде; в) органогенные породы, образовавшиеся из остатков некоторых водорослей и животных (скелеты губок, ко­раллов, раковины и панцири ракообразных и др.); к органоген­ным породам относятся мел, известняк-ракушечник, диатоми­ты.

Большинство осадочных пород имеет более пористое строе­ние, чем плотные магматические породы, а следовательно, и меньшую прочность. Некоторые их них сравнительно легко рас­творяются (например, гипс) или распадаются в воде на мельчай­шие частицы (например, глины).

Главные породообразующие минералы. В составе осадочных пород можно выделить две различные по своему происхождению группы минералов: реликтовые и минера­лы осадочного происхождения. К первой группе относят минералы магматические и метаморфические; обычно зерна этих минералов окатаны; ко второй – минералы, образовавшиеся на месте в осад­ке или породе.

Наиболее распространенные минералы группы кремнезема – кварц, опал, халцедон. В осадочных породах присутствует кварц магма­тического происхождения и кварц осадочный. Осадочный кварц отлагается непосредственно из растворов, а также образуется в результате перекристаллизации опала и халцедона. Он широко распространен в кремнистых породах, заполняет трещины, поровые пространства и другие полости в песчаниках и известняках.

Опал – аморфный кремнезем. Опал чаще всего бесцветен или молочно-белый, но в зависимости от примесей может быть желтым, голу­бым или черным. Плотность 1,9-2,5 г/см³, максимальная твер­дость 5-6, хрупок. Опал, халцедон, некоторые вулканические породы при применении в составе соответствующих горных пород в качестве заполнителей бетона могут вступать в реакцию со щелочами цемента, вызывая разрушение бетона (опал является наиболее реакционноспособным из указанных компонентов).

Минералы группы карбонатов имеют ши­рокое распространение в осадочных породах. Наиболее важную роль в них играют кальцит, доломит и магнезит.

Кальцит (СаСО₃) – бесцветный или белый, при наличии меха­нических примесей серый, желтый, розовый или голубоватый минерал. Блеск стеклянный. Плотность 2,7 г/см³, твердость 3. Ха­рактерным диагностическим признаком является бурное вскипание в 10 %-ной соляной кислоте.

Доломит [CaMg(CO₃)]₂ – бесцветный, белый, часто с желтова­тым или буроватым оттенком минерал. Блеск стеклянный. Плотность 2,8 г/см³, твердость 3-4. В 10 %-ной соляной кислоте вскипает только в порошке и при нагревании. Доломит обычно мелкозернистый, крупные кристаллы встречаются редко. Образуется он либо как первичный химический осадок, либо в результате доломитизации известняков. Минерал доломит слагает породу того же названия.

Магнезит (MgCO₃) – бесцветный, белый, серый, желтый, ко­ричневый минерал. Плотность 3,0 г/см³, твердость 3,5-4,5. Растворяется в НСl при нагревании. Минерал магнезит слагает породу того же названия.

Представители группы глинистых минералов сла­гают глины, а также могут находиться в качестве примесей в пес­чаниках, алевролитах, известняках и многих других породах, су­щественно изменяя их физико-механические свойства. Минералы этой группы относятся к водным алюмосиликатам. Наиболее широкое распространены каолинит, монтмориллонит и гидрослюды.

Каолинит (Al₂O₃×2SiO₂×2H₂O) – белый, ино­гда с буроватым или зеленоватым оттенком минерал. Плот­ность 2,6 г/см³, твердость 1. На ощупь жирный. Встречается в виде мелоподобных плотных агрегатов. Каолинит образуется в результате разложения полевых шпатов, слюд и некоторых дру­гих силикатов в процессе их выветривания и переноса продуктов разрушения. Каолинит слагает каолиновые глины, входит в состав по­лиминеральных глин, иногда присутствует в цементе обломочных пород.

Монтмориллонит слагает бентонитовые глины, иногда служит цементирующим материалом в песчаниках.

Гидрослюды образуются при разложении слюд и некоторых других силикатов (например, полевых шпатов). Примеси глинистых минералов в известня­ках и песчаниках нежелательны, так как содержание уже 3-4 % глины резко понижает их водостойкость и морозостойкость.

Наиболее распространенными минералами группы сульфатов являются гипс и ангидрит.

Гипс (CaSO₄×2H₂O) представляет собой скопление белых или бесцветных кристаллов, иногда окрашенных механическими примесями в голубые, желтые или красные тона. Блеск стеклян­ный. Плотность 2,3 г/см³, твердость 2. Для гипса, развивающегося в пустотах и трещинах, характерны волокнистое строение и шел­ковистый блеск.

Ангидрит (CaSO₄) – белый, серый, светло-розовый, светло-голубой минерал. Блеск стеклянный. Плотность 3,0 г/см³, твер­дость 3-3,5. Как правило, встречается в виде сплошных мелкозер­нистых агрегатов. Гипс и ангидрит слагают породы того же названия, широко распростра­ненные в соленосных отложениях.

Осадочные поро­ды нередко содержат органические остатки животного и расти­тельного происхождения, сложенные кремнистым или известко­вым веществом. Представителями этой группы минералов являются диатоми­ты, сложенные остатками диатомовых водорослей.

Обломочные породы. Породы рассматриваемой группы сложены преимущественно зернами устойчивых к выветриванию минералов и горных по­род.

Рыхлые обломочные породы – песок (с зернами преимущественно до 5 мм) и гравий (с зернами свыше 5 мм)– применяют в качестве заполнителей для бетона, в дорожном строительстве, для железнодорожного балласта. Пески служат компонентом сырье­вой смеси в производстве стекла, керамических и многих других изделий.

Глинистые породы сложены более чем на 50 % частицами мельче 0,01 мм, причем не менее 25 % из них имеют размеры меньше 0,001 мм. Они характеризуются сложным минеральным составом. Кроме того, глинистые породы могут содержать обло­мочные зерна кварца, полевых шпатов, слюд, а также гидроокис­лы, карбонаты, сульфаты и прочие минералы. Наличие обломоч­ной примеси оказывает существенное влияние на степень пла­стичности глины.

За основу минералогической классификации глинистых пород принимается состав глинистых минералов. Каолиновые глины сложены минералом каолинитом. Обычно эти глины окрашены в светлые тона, жирные на ощупь, они ма­лопластичны, огнеупорны.

Полимиктовые глины характерны наличием двух или несколь­ких минералов, причем ни один из них не является преобладаю­щим. Они окрашены в бурые, коричневые, серые или зеленоватые тона. Обычно содержат значительное количество песчаной и алевритовой примеси и различные карбонаты, сульфаты, сульфи­ды, гидроокислы железа и т.п.

Каолиновые глины яв­ляются огнеупорными и их широко используют в керамической промышленности в этом качестве. Гидрослюдистые глины и глины полимиктового состава применяют для изготовления кирпича, грубой керами­ки и других изделий. Глины являются также компонентом сырье­вой смеси в производстве цемента. Глины используют как строи­тельный материал при возведении земляных плотин (экраны и пр.).

Сцементированные обломочные породы – песчаники, конгломераты, брекчии. Песчаник состоит из зерен песка, сцементиро­ванных различными природными «цементами». Если в состав пород входят крупные куски (гравий или щебень), то им даются название конгломерата (при округлых кусках) и брекчии (при остроугольных кусках). Из них чаще всего применяются в строительстве песчаники (так же, как и плотные известняки). Однако наличие кварцевых зерен делает песчаники труднообрабатываемыми.

Хемогенные породы. Среди пород химического происхождения наиболее важными в строительном деле являются карбонатные, сульфатные и аллитовые породы.

Наиболее распространенными карбо­натными породами являются известняки и доломиты. Известняк – порода, сложенная более чем на 50 % кальцитом; доломит – поро­да, состоящая более чем на 50 % из доломита. Количество глинистой примеси в карбонатных породах может колебаться в широких пределах. Порода, характеризующаяся приблизительно равным содержанием карбонатного и глинисто­го материала, называется мергелем.

Пористость плотных известняков не превышает десятых долей процента, а рыхлых достигает 15-20 %. Окраска известняков зави­сит от примесей и может быть различной: белой, желтоватой, бурой, серой, темно-серой до черной.

Доломиты по внешнему виду похожи на известняки. Цвет доломитов белый, жел­товато-белый, светло-бурый. Для них характерны микрозерни­стые и кристаллически-зернистые структуры.

Благодаря широкому распространению, легкой добыче и об­работке известняки, доломитизированные извест­няки и доломиты применяют в строительстве чаще, чем другие породы. Их используют в виде бутового камня для фундаментов, стен неотапливаемых зданий или жилых домов в районах с теп­лым климатом, а наиболее плотные породы применяют в виде плит и фасонных деталей для наружных облицовок зданий. Из­вестняковый щебень часто используют в качестве заполнителя для бетона. Известняки широко применяют как сырье для получения вяжущих веществ – извести и цемента. Доломиты используют для получения вяжущих и огнеупорных материалов в цементной, стекольной, керамической и металлургической про­мышленности.

Сульфатные породы – гипс и ан­гидрит; в природных условиях в результате гидрата­ции и дегидратации они переходят друг в друга. Ангидрит отличается от гипса большей твердостью. Гипс и ангидрит служат сырьем для получения вяжущих веществ, иногда их применяют в виде облицовочных изделий.

Аллитовые породы характеризуются высоким содержанием глинозема. В этой группе выделяют две главные породы: бокситы и латериты. Породообразующими минералами бокситов являют­ся гидроксиды алюминия (гиббсит и диаспор). Бокситы разнообразны по внешнему виду. Они могут быть мягкими, рыхлыми, похожими на глину и плотными с рако­вистым изломом. Пластичностью бокситы не обладают. Окраска обусловлена наличием гидроксидов железа. Чаще она бывает красная, бурая, коричневая, зеленовато-серая. Бокситы исполь­зуют для производства алюминия, искусственных абразивов, ог­неупоров, глиноземистого цемента.

Органогенные породы. К осадочным органогенным породам относятся биогенные кремнистые породы и органогенные известняки.

Биогенные кремнистые породы (силициды) сложены осадоч­ным кремнеземом (опалом, халцедоном, кварцем). Главными разновидностями кремнистых пород яв­ляются диатомиты, радиоляриты, спонголиты, трепелы, опоки. Диатомиты – легкие светлые тонкопористые породы, со­стоящие из опаловых скелетов диатомовых водорослей. Трепелы и опоки – белые или серые, очень легкие, похожие на каолиновую глину или мел, породы, состоящие из опала, реже халцедона.

Кремнистые породы находят разнообразное практическое применение. Диатомиты, трепелы, опоки применяют для про­изводства теплоизоляционных материалов, в виде минеральных добавок к вяжущим веществам (воздушной извести, портландце­менту).

Органогенные известняки (например, известняки-ракушечники) могут быть сложены целыми рако­винами или обломками раковин различных морских беспозво­ночных, а также остатками известковых водорослей. Разновидность органогенных известняков – мел. Это микро­зернистая слабоцементированная порода белого цвета.

Известняки-ракушечники применяют в строительстве в виде строительного камня. Способ­ность легко распиливаться, небольшая плотность (от 0,8 до 1,8 г/см³), малая теплопроводность – характерные свойства этого материала.