Осадочные горные породы
|
Осадочные горные породы образуются путем выветривания и переноса ранее образовавшихся горных пород. Выветривание - разрушение горной породы под действием среды, характерной для поверхности Земли. Факторы, вызывающие разрушение, разделяют на три группы: Физическое выветривание - колебание температуры, растворение в воде, превращение воды в лед, действие твердых частиц, переносимых ветром. Химическое выветривание - воздействие на горную породу водных растворов кислот и солей, а также газов, содержащихся в атмосфере. Органическое - воздействие микроорганизмов, мхов, лишайников, корневых систем растений, находящихся в водных бассейнах и живущих на поверхности Земли. Вода может переносить продукты разрушения либо во взвешенном состоянии, либо в виде водных растворов с последующим образованием осадков. Общее содержание осадочных пород в литосфере сравнительно невелико, однако они занимают до 75 % площади поверхности литосферы. По условиям образования осадочные породы подразделяют на три группы - механогенные, хемогенные и органогенные (рис. 2.2).  Породообразующие минералы осадочных горных пород Породообразующие минералы осадочных горных пород подразделяют на четыре группы: группа кварца, водные алюмосиликаты, карбонаты и сульфаты. 1. Минералы, состоящие из SiO2 (кремнезема) и SiO2*H2O. К этой группе относится кварц, который рассматривался ранее. Кварц образует кварцевые пески. Аморфные разновидности - опал, халцедон, яшма. Гель поликремневых кислот (SiO2*nН2O) является также прочным природным цементирующим веществом, образующим цементированные осадочные породы. 2. Водные алюмосиликаты - группа, включающая 29 породообразующих минералов. Распространены каолинит (Al2O3*2SiO2*2Н2O), монтмориллонит (Al2O3*4SiO2*nН2O), галлуазит, иллит и другие. Образуются водные алюмосиликаты вследствие выветривания горных пород, содержащих полевые шпаты, и являются породообразующими минералами глин. 3. Карбонаты - соли угольной кислоты H2CO3. Карбонат кальция CaCO3 образует три минерала - кальцит, арагонит и фатерит, отличающихся кристаллической структурой (полиморфизм). Кальцит CaCO3, истинная плотность - 2,7 г/см3, твердость по минералогической шкале - 3. Кальцит обладает совершенной спайностью в трех направлениях, крупные кристаллы кальцита бесцветны, они могут окрашиваться примесями. Кальцит является породообразующим минералом известняков и мрамора; Магнезит MgCO3, истинная плотность - 3,0-3,1 г/см3, твердость по минералогической шкале - 3,5-4,5, является породообразующим минералом горной породы соответствующего названия; Доломит MgCO3*CaCO3, истинная плотность - 2,9 г/см3, твердость по минералогической шкале - 3,5-4,0. Доломит является породообразующий минералом горной породы соответствующего названия, доломитизированного известняка и мрамора. 4. Сульфаты - соли серной кислоты: Гипс CaSO4*2Н2O, твердость по минералогической шкале - 2, истинная плотность - 2,2 г/см3. Форма кристаллов гипса зависит от условий образования минерала. Различают кристаллы пластинчатые (марьино стекло), волокнистые (селенит) и др. Кристаллы гипса бесцветные, они могут окрашиваться примесями; Ангидрит CaSO4, твердость - 3,0-3,5, истинная плотность -2,8-3,0 г/см3. Гипс и ангидрит являются породообразующими минералами мономинеральных горных пород такого же названия. Обломочные (механогенные) осадочные горные породы Основная особенность таких горных пород - неоднородные химический и минеральный составы, обусловленные условиями образования. Они подразделяются на рыхлые и цементированные природными цементами. Различаются по величине слагающих их обломков и минеральному составу. Рыхлые обломочные породы К рыхлым породам относятся: Валуны - обломки размером более 80 мм, используются для приготовления щебня. Щебень - обломки угловатой острогранной формы размерами от 5 до 70 мм. В зависимости от исходной горной породы, природный щебень может быть плотным и пористым, иметь различный минеральный состав и структуру. Природный щебень, образовавшийся при разрушении магматических горных пород (гранита, габбро, диабаза и др.), можно использовать в качестве заполнителя в тяжелых (обычных) бетонах, а также в дорожном строительстве. Гравий - обломки округлой формы размером от 5 до 70 мм, образуется переносом (истиранием) щебня, применяется также, как и щебень. Песок - рыхлая горная порода, состоящая преимущественно из зерен размером от 0,14 до 5 мм. Кварцевые пески образуются при выветривании горных пород, содержащих кварц (граниты). По условиям образования различают пески морские, озерные, речные и др. В песках могут преобладать устойчивые против выветривания минералы, например кварц. По минеральному составу пески могут быть кварцевые, полевошпатовые, известняковые и др. Пески применяются как заполнитель в бетонах и строительных растворах, а также при производстве строительной керамики и в дорожном строительстве. Пылевидные частицы - имеют размеры менее 0,14 мм. Горная порода, состоящая преимущественно из таких частиц, называется лёссом. Лёсс содержит кварц, карбонаты и породообразующие минералы глин, используется как сырье при производстве строительной керамики. Глина - рыхлая осадочная порода, состоящая преимущественно из частиц размером менее 0,005 мм (5 мкм). Может содержать сравнительно грубодисперсные примеси (кварцевый песок, пыль). Глина состоит из минералов группы водных алюмосиликатов (каолинит и др.), является сырьем керамической промышленности. Цементированные обломочные породы В литосфере рыхлые породы могут цементироваться природными цементами - кремнегелем и другими. К цементированным породам относятся песчаник, конгломерат и брекчия. Песчаник образуется цементацией песка. Физико-механические свойства песчаника (так же как и других цементированных пород) зависят от типа природного цемента - кремнистого, известнякового, железистого, гипсового и др. В строительстве применяют преимущественно кремнистые и известняковые песчаники, как сравнительно прочные и долговечные. Конгломерат и брекчия состоят соответственно из гравия или щебня, цементированных природными цементами. Физические свойства таких пород зависят от состава и свойств дисперсного компонента (песка, гравия, щебня), а также типа природного цемента и изменяются в широких пределах. Средняя плотность - 1500-2900 кг/м2, предел прочности при сжатии - 5-160 МПа (рис. А.3).  Прочные и долговечные разновидности цементированных пород применяются при производстве заполнителей для бетона и облицовочных материалов (блоков и плит). Химические осадки (хемогенные породы) Образуются выпадением в осадок растворенных солей при испарении воды в водоемах или изменении температуры воды. Известняки состоят из кальцита или арагонита (CaCO3). Цвет известняков изменяется в широких пределах - белый, черный, коричневый. Чистые известняки - горные породы белого цвета, окраска известняков обусловлена примесями. Известняк, содержащий глину, называется мергелем. Известняки могут иметь как плотную, так и пористую текстуру. Средняя плотность плотных известняков изменяется в пределах от 1800 до 2600 г/м3, предел прочности при сжатии от 10 до 100 МПА. Известняки, средняя плотность которых приближается к 2600 кг/м3, называются мраморизованными известняками. Пористые известняки имеют среднюю плотность менее 1800 кг/м3. К таким известнякам относятся известковые туфы (травертин), их средняя плотность - 1300-1600 кг/м3, предел прочности при сжатии - 10-80 МПа. Известняки являются ценным промышленным сырьем, их используют в производстве вяжущих веществ - извести и портландцемента. С древних времен известняки как мягкие, сравнительно легко обрабатывающиеся породы широко использовались в качестве строительного камня - для кладки бутобетонных фундаментов, стен монастырей, крепостей, жилых зданий. Из плотных известняков изготавливают облицовочные плиты и блоки. Пористые известняки в виде блоков стандартных размеров применяются для кладки наружных стен зданий и сооружений. Из пористых и плотных известняков получают щебень и песок, которые используют в бетонах и строительных растворах. Измельченные известняки применяются как наполнители при изготовлении красок, пластмасс, асфальтовых бетонов и других материалов. Магнезит - горная порода, состоящая преимущественно из минерала магнезита (MgCO3). Ценное промышленное сырье. Из магнезита получают вяжущее - каустический магнезит и огнеупорные материалы. Доломит - состоит из минерала доломита, по условиям образования часто содержит переменное количество кальцита и магнезита. По техническим свойствам доломит незначительно отличается от известняков. Из него получают вяжущие вещества - доломитовую известь и каустический доломит, огнеупорные материалы. Горная порода доломит имеет ту же область применения в строительстве, что и известняки. Гипс - состоит преимущественно из минерала гипса и по его содержанию подразделяется на 4 сорта. Гипсовый камень 1 сорта содержит менее 5 % примесей. Распространенной примесью в гипсе является ангидрит и минералы группы карбонатов. Гипс используется как сырье в производстве гипсовых вяжущих и строительных материалов на их основе. Природный гипс применяется для внутренней отделки помещений. Ангидрит - состоит из минерала ангидрита и содержит переменное количество гипса. Из ангидрита можно получать ангидритовые вяжущие вещества и отделочные материалы. Органогенные осадочные породы По условиям образования органогенные породы подразделяются на две группы: зоогенные (животного происхождения) и фитогенные (растительного происхождения). К зоогенным породам относится известняк-ракушечник, состоящий преимущественно из кальцита. Образуется из обломков раковин моллюсков, сцементированных карбонатом кальция, средняя плотность изменяется в пределах от 800 до 1800 кг/м3, предел прочности при сжатии - от 0,5 до 15 МПа. Из ракушечника изготавливают камни различных размеров для кладки стен зданий и сооружений с последующей облицовкой (например, оштукатуриванием), так как порода содержит открытые поры и обладает высокой воздухопроницаемостью. Ракушечники используются также в производстве вяжущих веществ - извести и портландцемента. К органогенным известнякам относится также мел - мягкая, тонкозернистая порода белого цвета, состоящая из CaCO3. Мел широко применяется в качестве наполнителя в бумажной, лакокрасочной промышленности, в производстве пластмасс и портландцемента. Фитогенные породы (диатомит и трепел) - слабоцементированные породы белого цвета, состоящие из скелетов водорослей - диатомей, радиолярий и морских губок (диатомит) или мельчайших частиц опала или халцедона (трепел). Диатомит и трепел - пористые горные породы, средняя плотность - 300-900 кг/м3, содержат от 70 до 98 % аморфного кремнезема (SiO2). Применяются в производстве смешанных (пуццолановых) цементов, теплоизоляционных материалов, в качестве наполнителей при изготовлении пластмасс, как полирующее средство. Опока - порода, близкая по составу к трепелу, отличается более высокой плотностью и состоит преимущественно из аморфного SiO2 (опала). Характеристика осадочных пород некоторых месторождений РФ приведена в табл. 2.2.  |
