Характеристика обломочных осадочных пород

Обломочные горные породы 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-осадка: выветривания, денудации, аккумуляции или диагенеза.

Рыхлые породы из угловатых 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 или неогеновый возраст и лежат вблизи поверхности, а сцементированные – более древний возраст. Большая часть сцементированных плотных обломочных пород накапливалась на дне морей и океанов, куда сносились в конечном счете многие продукты выветривания, и поэтому такие породы называются еще терригенными(снесенные с континентов – суши). Для обломочных рыхлых пород зачастую трудно различить такие свойства, как «структура» и «текстура», можно охарактеризовать их строение в целом.

Щебеньи дресва состоят из рыхлых неокатанных обломков различных наиболее прочных горных пород и минералов и отличаются размерами
(100 – 2 мм) 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 гор) происхождение, залегают в виде маломощных покровов и шлейфов у подножий возвышенностей, покрывая почти все земную поверхность. В виде щебня и дресвы могут сохраняться наиболее прочные коренные Породы и эти отложения - грунты имеют коэффициент крепости в среднем 1,5.

Галька и гравий отличаются от щебня и дресвы окатанностью обломков, которая возникает при длительном их 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.

Таблица 12

Характеристика широко распространенных осадочных горных пород и грунтов

Выполнил Проверил

Таблица 13

Осадочные обломочные горные породы (краткий определитель)

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– рыхлые породы, состоящие 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, не поглощать и отдавать воду, пропускать ее через себя. 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, плотно-тонко-пористая порода, состоит из смеси мельчайших зернышек (0,05…0,005 мм) кварца, глинистых частиц и кальцита, частично в виде скорлуповатых мельчайших шариков, и при растирании в руках превращается в порошок. Для типичного лёсса характерно отсутствие слоистости. Он отличается большим сцеплением минеральных 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. 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 (менее 0,005 – 0,001 мм) породы плотно-пористой или рыхлой текстуры. Состоят из глинистых минералов: каолинита, монтмориллонита и других, – продуктов химического разложения (гидролиза) силикатов, по преимуществу полевых шпатов. Наряду с глинистыми минералами в глинах содержатся в больших или меньших количествах примеси тонких пылеватых зерен 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 жирныеитощие. Первые – жирные на ощупь, имеют обычно всего серый, светло-серый, зеленовато-серый цвет, содержат более 40…70% каолинита. Жирные глины обладают большой стойкостью при высоких температурах - огнеупорные. Тощие глины – менее жирные на ощупь, состоят из мельчайших частиц полевых шпатов и кварца, а также каолинита в количестве менее 40…30 %. Они окрашены преимущественно в желтые, желто-бурые, красно-бурые цвета различных оттенков гидроксидами железа-лимонитом.

По условиям образования глины разделяются на первичные, или остаточные, и вторичные, или осадочные глины. Остаточные глины – это продукты гидролиза силикатов и преимущественно полевых шпатов, залегающие на месте своего образования (не переносились). Вторичные глины образовались за счет перемещения первичных глин в горизонтальном направлении и переотложения их в водоемы и понижения, и отличаются лучшей сортированностью, качеством (меньше кварца и др. минералов) и жирностью.

Глины в сухом состоянии рыхлые (на земной поверхности) или твердые (на небольшой глубине – первых сантиметров) 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). Во влажном состоянии 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 перекрывающих пластов обеспечивают формирование 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 и содержит 3…10% глинистых минералов. Влажная супесь при раскатывании в руках рассыпается. Коэффициент фильтрации супеси 0,01…36 см/ч. Суглинок содержит больше глинистых минералов – 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 минералов 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 – грунты: супесь, суглинок и глина, переслаиваются между собой, быстро выклиниваются по площади распространения и формируют в земной коре сложные грунтовые массивы с очень изменчивыми свойствами.

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 крепостью - коэффициент крепости достигает 4, временное сопротивление сжатию 60…200 МПа.

Песчаники – сцементированные плотно-слоистые пески различной прочности, образуются в результате диагенеза, уплотнения рыхлых осадков под весом выше отложенных осадков. По абсолютному размеру различают крупнозернистые, средне-зернистые и мелкозернистые (3 – 02 мм) песчаники. Состоят преимущественно из самого распространенного и физически, и химически устойчивого минерала – кварца, который сцементирован различным по минеральному составу цементом: или кремнистым (кварцевым), или известковым (кальцитовым), или глинистым, реже железистым или гипсовым (см. табл. 9 и 13). Они залегают в виде пластов и линз – первичных форм, или в виде складок и нарушены разломами и трещинами.

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 составу цемента (см. табл. 9). Наиболее прочными являются песчаники с кремнистым цементом.

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. Пористые и трещиноватые 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 – плотные сцементированные породы, в которых хорошо видны не окатанные остроугольные или окатанные обломки различных горных пород соответственно (табл. 14), сцементированные мелкообломочным и зернистым цементом - минеральными агрегатами. Обычно в брекчиях преобладают остроугольные обломки одного вида и типа горных пород, так как они образуется либо при тектонических движениях – землетрясения, либо при оползневых процессах путем накопления продуктов разрушения (обломков) горных пород у подножия склонов. Вулканические брекчии образуются при цементации крупнообломочных вулканических выбросов: бомб, лапиллей и т.п.; туфо-брекчии – значительного количества пепла. Конгломераты состоят из окатанных обломков различных прочных горных пород, которые переносились на большие расстояния длительное время со многих мест. Обломки накапливались по берегам морей, горных рек и озер, а позднее «пережили» стадию диагенеза - цементации. Обычно обломки сцементированы выпадающими из вод или гидротермальных растворов разными химическими соединениями – минералами, и оседающими мелкими глинистыми частицами. Состав цемента может быть различный: известковый - кальцитовый, кремнистый - кварцевый, глинистый, железистый или смешанный. Для брекчии характерна разнородность состава цемента в противоположность однородности состава обломков.

Залегают брекчии в виде пластов или линз 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 являются более прочными по сравнению с конгломератами и более пригодными как строительный камень, а также ценятся за красоту брекчии в качестве облицовочного камня. Конгломераты, особенно морских прибрежных фаций, имеют более вытянутые, протяженные и мощные пласты.

Таким образом, обломочные горные породы очень разнообразны по составу, строению, формам залегания, они выклиниваются и сменяют друг друга как по простиранию пород (по площади), так и по мощности (на глубину). Континентальные современные обломочные (рыхлые) породы (отложения) покрывают почти всю земную поверхность и имеют, как правило, небольшую мощность - первые сантиметры - метры до сотни метров. Именно в этих породах – грунтах, при чередовании и выклинивании обломочных и глинистых пород строителям часто приходится проводить свои работы. Морские терригенные обломочные породы имеют большие площади (тысячи квадратных км) простирания, мощности (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 сферу инженерной деятельности.