Состав и строение осадочных пород. Осадочные горные породы

Осадочные горные породы образуются на поверхности земной коры из продуктов физического и химического выветривания ранее существовавших горных пород, а также из химических и органических осадков. Мощность их колеблется от нескольких дециметров до сотен метров, а в прогибах земной коры (геосинклиналях) достигает нескольких километров. Образование осадочных горных пород происходит по схеме: разрушение > перенос > накопление (осаждение) > диагенез (образование горной породы).

По месту образования осадочные горные породы подразделяются на континентальные, морские и лагунные; по способу образования делятся на обломочные, глинистые, химические и органогенные. Породы химического и органического происхождения часто тесно связаны между собой и образуют группу биохимических пород.

Осадочные горные породы имеют специфические виды структуры и текстуры. Из структур выделяют:

• 1. Оолитовая - характерна тем, что в плотной массе встречаются шарики более менее округлой формы. Такую структуру часто имеют бокситы.
• 2. Плотная - характерна для яшмы, зерна неразличимы.
• 3. Землистая - породы с такой структурой напоминают рыхлую почву, растираются пальцами. К ним относятся глина, мел, мергель, лесс.
• 4. Обломочная - представляет собой породы состоящие из обломков, которые сцементированы плотной массой. Это конгломерат, брекчия, песчаник.

Из текстур выделяются:

• 1. Беспорядочная - материал расположен без всякого порядка, как бы перемешан (конгломерат).
• 2. Слоистая - порода состоит как бы из слоев минерала (мергель).
• 3. Листоватая - порода разделяется на тонкие пластины (глинистые).

Обломочные породы (кластические).

Обломочные породы состоят из продуктов непосредственного разрушения исходных пород. Они могут быть рыхлыми или сцементированными. Классификация обломочных горных пород зависит от величины и формы обломков.

По величине обломков выделяют следующие классы этих пород:

• 1. крупнообломочные породы, или псефиты (в переводе с греческого «псефос» - камешек), диаметр обломков более 2 мм;
• 2. среднеобломочные породы, или псаммиты («псаммос», греч. - песок), диаметр обломков от 0,05 мм до 2 мм;
• 3. мелкообломочные (пылеватые) породы, или алевриты («алеврон», греч. - мука), диаметр обломков 0,05-0,005 мм.

Крупнообломочные породы (псефиты) состоят из обломков различного петрографического и минералогического состава размером от 2мм до нескольких метров в диаметре.

Неокатанные угловатые обломки (глыбы, щебень, дресва) образуются при механическом разрушении пород и называются элювием. Они часто накапливаются у подножий горных склонов.

Окатанные обломки горных пород (валуны, галька, гравий) встречаются среди аллювиальных отложений, широко распространены среди ледниковых и водно-ледниковых наносов.

Щебень и дресва, сцементированные природными цементами, называются брекчиями. Сцементированные окатанные обломки (галечник, гравий), называются конгломератами. В качестве природных цементов выступают глинистые, карбонатные, кремнистые, железистые соединения.

Среднеобломочные породы (псаммиты) в рыхлом состоянии называются песками. В зависимости от размера зерен пески подразделяются на грубозернистые (1-2 мм), крупнозернистые (0,5-1 мм), среднезернистые (0,25-0,5 мм) и мелкозернистые (0,05-0,25 мм).

Если пески состоят из одного минерала, то они называются мономинеральными (кварцевые пески); из двух - олигомиктовые (кварцево-глауконитовые); из трех - полимиктовые (аркозовые пески из кварца, полевого шпата и слюды).

Сцементированные пески называются песчаниками. В зависимости от состава цемента различают песчаники глинистые, известковатые, железистые, кремнистые. Наибольшую прочность имеют кремнистые песчаники, состоящие их кварцевых зерен. Глинистые песчаники легко размокают. Цвет песков и песчаников зависит от цвета минеральных зерен и цвета цементирующего вещества.

Мелкообломочные породы (алевриты) с размеров зерен от 0,005 до 0,05 мм представляют собой тонкозернистые пылевидные породы морского, речного, водно-ледникового и эолового происхождения. Представителями алевритовых пород являются лессы, покровные пылеватые суглинки и супеси. Сцементированные алевриты, преимущественно известковистым и кремнистым цементом, называются алевролитами. Они слабо размокают в воде и являются полускальными породами.

Глинистые породы (пелиты). «Пэлес» в переводы с греческого - глина. Пелиты состоят из частиц размером менее 0,005 мм. Типичным представителем этих пород является глина, которая во влажном состоянии пластична, при высыхании твердеет и при обжиге приобретает твердость камня.

В их состав входят глинистые минералы каолинит, монтмориллонит, а также кварц, полевые шпаты, слюды, гидрослюды, халцедон, опал, гидроокислы железа. Каолинитовые глины имеют белый цвет и образуют глинистые породы каолиниты.

Каолинит (каолин) - глинистая порода с землистой структурой, пористой или листоватой текстурой. Твердость 1, жадно поглощает воду.

К этим породам относят также и бокситы, хотя их иногда причисляют и к окислам алюминия.

Боксит (Al2O3?nH2O) - горная порода осадочного происхождения. структура аморфная, землистая, часто оолитовая (состоит из мелких шариков концентрически скорлуповатого строения).

Каолиниты и монтмориллониты относятся к жирным глинам, а примеси кварца, халцедона, опала, окислов железа делают глину тощей. Глины, состоящие из каолинита, гидратов окиси алюминия и слюды, называются огнеупорными (температура плавления около 1700°С). Монтмориллонитовые глины обладают высокой поглотительной способностью.

Плотные дегидротизированные и сцементированные чаще всего кремнеземом глинистые породы, не размокающие в воде, называются аргиллитами.

В природе часто встречаются смешанные песчано-глинистые породы, которые называют супесями и суглинками. Супеси содержат от 10 до 20% глинистых частиц, а суглинки - от 20 до 50%.

Химические осадочные породы.

Химические осадочные породы образовались в результате выпадения солей из водных растворов или в результате различных химических реакций в земной коре. По химическому составу среди этих пород принято выделять карбонатные, галоидные, сульфатные, кремнистые, железистые и фосфатные. К карбонатным породам относятся известняки, доломиты, мергели и известковые туфы.

Известняки химического происхождения не менее чем органогенные состоят из кальцита выпавшего из воды. Известняки химического происхождения встречаются часто, но их трудно отличить от других разновидностей, особенно после перекристаллизации. Структура кристаллически-зернистая, текстура массивная, слоистая. Окраска различная, часто белая, с примесями желтоватая, серая различных оттенков. Бурно вскипают с HCl.

Типичными представителями известняков химического происхождения являются известковые туфы (травертины), образующиеся на суше в результате выпадения извести из вод некоторых источников. Они обычно светло-серого цвета, пористого строения.

По условиям образования различают пресноводные известняки, залегающие среди континентальных песчано-глинистых отложений, известняки солоноватых бассейнов и морские известняки. Они широко применяются в строительстве, при производстве вяжущих материалов, в металлургии, в полиграфическом производстве, в сельском хозяйстве.

Доломиты. К доломитам относятся карбонатные осадочные породы, состоящие не менее чем на 90% из минерала доломита. Для доломитов характерна примесь минералов (кальцит, гипс, флюорит, магнезит, окислы железа, кремнезем и др.), выпавших из раствора при образовании осадка или в процессе диагенеза. Окраска доломитов светлая с сероватыми, желтоватыми, красноватыми и зеленоватыми оттенками. Структура кристаллически-зернистая, текстура массивная иногда пористая. Доломиты тверже известняка. Прочность 120-130 МПа, твердость 3,5-4, блеск стеклянный. Не вскипают бурно с HCl, а только в порошке.

Добываются на Урале, Кавказе и в Забайкалье. Применяются при производстве цементов, в стекольной и керамической промышленности, при изготовлении огнеупорных изделий, в качестве флюса в черной металлургии, для получения магния и для изготовления бута, щебня и облицовочного камня.

Мергель. К мергелям относятся осадочные горные породы, переходные от известняков и доломитов к глинистым породам. Они содержат от 30 до 50 % глинистых частиц. Цвет серый, белый, коричневато-желтый. Текстура часто слоистая, иногда массивная, структура тонкозернистая. Вскипает под действием HCl, если на него подышать, то пахнет глиной.

Используются мергели как цементное сырье, для некоторых разностей требуется лишь обжиг и последующий размол.

Галоидные породы.

Галоидные породы представляют собой типичные химические осадки. Выпадение их из растворов происходит в замкнутых водных бассейнах, мелководных заливах и соляных лагунах вследствие интенсивного испарения. К ним относятся каменная соль, карналлит, сильвинит и др.

Каменная соль или галит (NaCl). Осадочные пласты каменной соли достигают мощности 10-15 м. Добывается каменная соль в Соликамске, Оренбурге и на Донбассе. В сложных соленых толщах нижние горизонты сложены ангидритовой породой, выше следует горизонт каменной соли, а зона калийных и калийно-магниевых солей располагается в верхних частях разреза, иногда перекрываясь каменной солью.

Карналлит (MgCl2?KCl?6H2O). Откладывается в верхних частях соляных отложений. Хлористые соли калия и магния начинают выпадать при солености воды 32-35 ‰ и более. Используется в сельском хозяйстве и химической промышленности.

Сильвинит (KCl). Также откладывается в верхних частях соляных залежей. Применяется как удобрение и в химической промышленности.

Сульфатные породы.

Эти породы образуют характерную группу химических осадочных пород, состоящих из сульфатных соединений натрия и кальция. К числу наиболее распространенных пород этого типа относятся гипсы ангидриты и мирабилиты.

Гипс (CaSO4?2H2O) и ангидрит (CaSO4). Эти породы откладываются в нижних горизонтах соляных залежей. Гипс и ангидрит начинают выпадать при солености воды 13-15‰, залежи образуют пласты до 100 и более метров. Используются в строительстве, химической, бумажной промышленности, в медицине и в сельском хозяйстве.

Мирабилит (Na2SO4?10H2O) - глауберова соль. Образуется в заливе Кара-Богаз-Гол Каспийского моря. Выпадает в зимнее время из воды при температуре ниже - 33°С. Образует пластовые залежи в верхних частях разреза. Используется в медицине, стекольном производстве и для изготовления соды.

Кремнистые породы.

К кремнистым породам химического происхождения относятся гейзериты, кремнистые туфы (сланцы) холодных вод, яшмы и др. Яшмы и кремнистые сланцы обычно обладают скрытокристаллической или гелевой структурой. Текстуры бывают массивные и слоистые.

Яшмы - твердые, непрозрачные породы с раковистым изломом, состоящие из кремнезема (кварц, халцедон). Порода пестрая, полосчатая или пятнистая, окрашенная окислами марганца и железа в красный, желтый, коричневый и зеленый цвета. Используются как прекрасный поделочный материал.

Фосфоритные породы.

Фосфоритные породы представляют собой различные осадочные горные породы (песчаники, глины, мергели), обогащенные фосфатами кальция, содержание P2O5 в фосфоритах составляет 12-40%. В качестве примесей в фосфоритах встречаются примеси кварца, кальцита, глауконита, остатки радиолярий, диатомий и др. Фосфориты образуются в морях, озерах и болотах. Морские пластовые и желваковые фосфориты выпадают в виде химического осадка на глубинах от 50 до 150 м и образуют залежи мощностью до 10-15 м (пластовые фосфориты хребта Каратау, Брянские желваковые фосфориты). Используются фосфориты для получения фосфорных удобрений.

Органогенные породы.

Органогенные породы подразделяются на зоогенные - происхождение связано с деятельностью организмов и фитогенные - образованные растительным веществом (торф, уголь). Все породы, зоогенные и фитогенные в свою очередь делятся на три класса - карбонатные, кремнистые и углеродистые или каустоболиты.

Карбонатные породы.

Известняк-ракушечник. Органогенные известняки состоят из известковых скелетов и остатков раковин животных и растений. В зависимости от преобладания остатков тех или иных организмов различают известняки криноидные (из скелетов морских лилий), фузулиновые (из корненожек - фузулин),нуммулитовые (раковины в виде монеты), мшанковые, коралловые и др. Известняки, состоящие из целых раковин, называются ракушечниками, а из битых раковин - детритусовыми известняками. Структура известняков микрозернистая, оолитовая и может быть обломочная, текстура чаще пористая. Они имеют значительную прочность и используются как строительный материал. Распространены известняки в самых различных условиях. известны пресноводные известняки, но преобладают морские известняки (Крым, Черное море, Азовское море).

Мел. К органическим известнякам относится и мел, состоящий на 96-99% из мелких частиц порошкового кальцита, панцирей микроскопических морских водорослей и мельчайших раковин фораминифер. Это однородная белая слабосцементированная порода. Имеет землистую структуру. Вскипает сHCl. Твердость меньше 1. Используется в стекольной, резиновой, бумажной промышленности; при производстве цемента, сахара, соды; а также при известковании почв в сельском хозяйстве.

Кремнистые породы.

Кремнистые породы органогенного происхождения состоят преимущественно из кремнезема. К ним относятся диатомиты, трепелы и опоки.

Диатомиты состоят из рыхлых или сцементированных опаловых микроскопических скелетов диатомовых водорослей, которые в трепелах обычно разрушены. Это белые или желтоватые пористые мягкие и легкие породы с объемной массой от 0,4 до 1,4. Диатомиты жадно поглощают воду. Обладают хорошей тепло- и звукоизоляцией. Применяются также для очисти сахарных сиропов, минеральных и растительных масел. Встречаются в Поволжье, в Самарской, Калужской и Смоленской областях.

Трепел состоит из микроскопических округлых зерен опала (0,01-0,001 мм) с небольшой примесью скорлупок диатомовых водорослей и остатков кремнистых скелетов радиолярий и губок. Существует мнение, что это измененные диатомиты, так как очень на них похожи. Цвет породы белый, желтый, бурый, светло- и темно-серый. Порода легкая, жадно поглощает воду. Огнеупорен, хороший тепло- и звукоизолятор. Залегает обычно в отложениях нижнемелового периода в Белоруссии, в Калужской и Смоленской областях.

Опока представлена твердыми пористыми образованиями сложенными тонкозернистым опалом (до 90 %), часто с примесью створок диатомий, радиолярий, игл губок. Опоки окрашены обычно в темный цвет, но при выветривании светлеют и становятся белыми и серыми. Напоминают трепел, но обычно более твердые и при ударе раскалываются с характерным звенящим звуком. Излом раковистый, твердость 3-5. прочность при сжатии 30-50 МПа. Породы имеют пористую текстуру и очень морозостойкие. Возможно, что по происхождению опоки являются измененными трепелами и диатомитами. Залегают в меловых отложениях Нижнего и Среднего Поволжья.

Каустобиолиты.

Углеродистыми породами или каустобиолитами называются горючие ископаемые горные породы органического происхождения (греч. каустикос - горючий, биос - жизнь, литос - камень). К каустобиолитам относятся: торф, ископаемые угли, горючие сланцы, нефть и продукты ее преобразования (битум, асфальт, озокерит), а также горючие газы.

Процесс образования торфа из органических остатков происходит в течение тысячелетий, а образование углей из торфа растягивается на миллионы лет. Из остатков тканей высших растений образуются гумусовые угли (лат. гумус - земля), а из остатков животных и растительных организмов - сапропелевые угли (греч. сапрос - гнилой, пелос - ил; гнилой ил).

Торф образуется из перегнивших и обуглившихся растительных остатков, содержащих 35-59 % углерода, в условиях избыточной влажности и затрудненного доступа воздуха. Порода рыхлая, коричневого, коричнево-бурого и черного цвета. Сохраняет явные признаки растительных остатков. Структура землистая, текстура слоистая.

Используется торф как топливо и органическое удобрение. Из него получают горючие газы и аммиак.

Бурый уголь - плотная темно-бурая порода, содержащая около 70% углерода. Это промежуточное образование между торфом и каменным углем. Бурый уголь имеет бурую черту, землистый, реже раковистый излом и небольшую (около 1) твердость. Используется в основном как топливо.

Каменный уголь. Черная слоистая порода с содержанием углерода до 85%. Каменный уголь очень хрупкий, твердость 1-2,5. Блеск жирный, излом раковистый. Используется как топливо.

Антрацит. Образуется из бурых углей. Каменный уголь получается из бурого угля при повышенном давлении и температуре 300-325°С, а антрацит при повышении температуры до 500°С. Это тяжелые (плотность 1,4-1,7) черные, часто с сероватым оттенком, с сильным металлическим блеском угли, с содержанием углерода до 95%. Твердость около 3, с достаточно высокой прочностью. Залегает часто пластами, используется как топливо и для получения коксующихся углей в металлургии.

Горючие сланцы. Это сланцевые или мергелистые породы темно-серого цвета, содержащие битум и ил, а также примеси. Имеют меньшую теплотворную способность, чем угли. Используются как топливо, а также для перегонки на масла и газ.

Нефть. Маслянистая жидкость от беловато-желтого до темно-коричневого цвета, состоящая из смеси жидких и газообразных углеводородов. Нефть образуется из сапропели при полном разложении органического вещества, происходящего в условиях наиболее затруднительного доступа кислорода. Залегает нефть в пористых или трещиноватых породах (пески, песчаники, известняки), заключенных среди непроницаемых (чаще глинистых) слоев. Это основной энергетический продукт, значение которого трудно переоценить.

Битуминозные породы - с рассеянной в них нефтью, по большей части находящейся в окисленном (сгущенном) виде. Порода темного цвета с запахом битума, который усиливается при ударе. Часто накопление битумов происходит с отложением илов, в результате образуются горючие сланцы.

Озокерит - горный воск, является продуктом полимеризации и уплотнения нефти. Элементарный состав близок к составу парафина. Порода мягкая, пластичная, от желтого до темно-бурого цвета. Температура плавления от 50 до 80°С. Применяется в медицине.

Асфальт - порода более твердая, вязкая, почти черного цвета. Состоит из смеси масел, смол и асфальтов. Температура размягчения от 20-30 до 80-100°С. Состоит из углерода (80-85%) и водорода (9-10%). Применяется в дорожном строительстве.

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.

Осадки и образующиеся при их диагенезе осадочные породы накапливаются в понижениях рельефа (на дне океанов и морей, озёр, в речных длинах, межгорных депрессиях и пр.) и, как правило, первоначально обладают горизонтальным залеганием. Образуемые ими уплощенные геологические тела называют слоями. Слой – это уплощенное геологическое тело относительно однородное по составу и строению, ограниченное приблизительно параллельными поверхностями раздела.

Верхняя граница слоя называется кровлей, нижняя - подошвой.

Примечание. Помимо термина «слой», часто употребляется термин «пласт», имеющий аналогичное значение, но обычно применяемый для полезных ископаемых, например угля, известняка и др.

Расстояние между кровлей и подошвой слоя определяет мощность данного слоя. Различают два вида мощности: истинную мощность - кратчайшее расстояние между кровлей и подошвой пласта (по перпендикуляру) и видимую мощность - любое другое (не кратчайшее) расстояние между подошвой и кровлей.

Чередование слоёв определяет слоистое строение толщ осадочных пород.

Группы слоёв, обладающие некоторой общностью признаков, отличающих их от смежных по разрезу слоёв (или групп слоёв) объединяют в пачки . Такая общность может быть связана с особенностью строения (повторяющееся на некоторой мощности разреза переслаивание двух или более разновидностей пород), отличием в литологическом составе (обогащённость минеральными компонентами, ожелезнение и пр.) или другими признаками, визуально выделяющими группу слоёв из общей мощности толщи.

Форма слоистости отражает характер движения среды, в которой происходит накопление осадка. Выделяют четыре основных типа слоистости: параллельную (горизонтальную), волнистую, косую, линзовидную.

Параллельная слоистость, когда поверхности наслоения параллельны, свидетельствует об относительной неподвижной среде, в которой накапливался осадок. Такие условия возникают в озёрах или морских бассейнах ниже уровня действия волн и течений.

Волнистая слоистость имеет волнисто-изогнутые поверхности наслоения. Она формируется при движениях, имеющих периодическую смену в одном направлении, например при отливах, приливах, прибрежных волнениях в мелководных зонах моря.

Линзовидная слоистость образуется при быстром и изменчивом движении водной или воздушной среды, например в речных потоках или приливно-отливной полосе моря. Она характеризуется разнообразием форм и изменчивостью мощности отдельных слоёв. Часто происходит выклинивание слоя, что приводит к его разобщению на отдельные части или линзы. Генетически тесно связана с волнистой.

Косой слоистостью называют слоистость с прямолинейными и криволинейными поверхностями наслоения и с различными углами мелкой слоистости внутри слоя. Она образуется при движении среды в одном направлении, например реки, потока, морского течения или движения воздуха. В речных потоках косая слоистость имеет общий наклон в сторону движения воды. Дельтовая разновидность косой слоистости более крупная и отличается плавным причленением косых слоёчков к подошве слоя, а у кровли косые слоёчки исчезают, и появляется более грубый материал. Косая слоистость морских отложений характеризуется также более крупными размерами и сравнительно небольшим наклоном. На мелководье образуется очень тонкая, переплетающаяся косая слоистость, ориентированная в различных направлениях.

Виды слоистости (слойчастости)

I - волнистая (и линзовидная), II - горизонтальная, III - косая

Особенности строения поверхностей наслоения помогают выяснить происхождение и условия залегания осадочных толщь. К числу таких особенностей относятся: ископаемые знаки ряби, первичные трещины усыхания, следы жизнедеятельности организмов, отпечатки дождевых капель, кристаллов льда и др.

Первичное и нарушенное залегание слоёв

Большая часть осадков образуется в морских или континентальных водоёмах или на прибрежных равнинах. Залегание осадков при этом практически горизонтальное (угол наклона не более 1 o). Такое залегание называют первичным . Первичное залегание с более крутым залеганием пород, достигающем 3-4 o , а иногда 10 o может возникнуть на склонах наземных и подводных возвышенностей, каньонов, уступов. Первичное залегание осадочных пород сохраняется сравнительно редко и нарушается последующими тектоническими движениями, что приводит к их наклонному залеганию, образованию складчатых и разрывных нарушений.

Пласты осадочных пород могут иметь согласное и несогласное залегание по отношению друг к другу. В случае согласного залегания каждый вышележащий слой, без каких либо следов перерыва в накоплении осадков налегает на нижележащие породы. Несогласное залегание образуется тогда, когда между вышележащим и подстилающим слоями отмечается перерыв в осадконакоплении и стратиграфическая последовательность нарушена. Несогласное залегание может быть параллельным , когда пласты, несмотря на перерыв в отложении осадка, сохраняют параллельное залегание и угловым , когда одна толща лежит с перерывом по отношению к другой под определённым углом. Например, когда на смятом в складки пласте известняка горизонтально залегает слой песчаника. Выявление стратиграфических несогласий является одной из наиболее важных задач геологического картирования и проводится с использованием следующих признаков:

1. характерное строение поверхности несогласия, имеющей неровности, вымоины, уступы;
2. угловое несогласие между слоями разного возраста;
3. резкий возрастной разрыв между фауной в выше- и нижележащих слоёв;
4. резкое различие в степени метаморфизма двух соприкасающихся слоёв;
5. присутствие базального конгломерата в основании несогласно залегающей серии пород;
6. резкий переход от морских к континентальным отложениям и наоборот;
7. следы выветривания на поверхности несогласия.

Пликативные дислокации слоёв горных пород

В результате действия пластических деформаций горных пород возникает нарушенное залегание слоёв земной коры без видимого разрыва их сплошности. Такие формы нарушений называют пликативными дислокациями. К ним относится образование моноклиналей, складок и флексур.

Моноклинальное залегание образуется тогда, когда горизонтально залегающие породы в результате тектонических движений приобрели наклон под одним углом на значительном пространстве. Моноклиналь это наиболее простая форма пликативных дислокаций, широко проявлена в чехлах молодых и древних платформ. Существуют слабонаклонные (до 15 o), пологие (16-30 o), крутые (30-75 o), поставленные на голову (80-90 o) моноклинали.

Складчатые деформации или складки - это волнообразные изгибы пластов без разрыва сплошности пород. Этот тип дислокаций проявлен наиболее широко. Во всех типах складок различают несколько основных элементов.

Часть складки в месте перегиба слоёв называется замком, сводом или ядром . Крылья - боковые части складок, примыкающие к своду. Угол складки - угол, образованный линиями, являющимися продолжением крыльев складки. Осевая поверхность складки - воображаемая плоскость, проходящая через точки перегиба слоёв и делящая угол складки пополам. Осевая линия (ось складки) - линия пересечения осевой поверхности с горизонтальной плоскостью или с поверхностью рельефа. Осевая линия характеризует ориентировку складки в плане и определяется азимутом простирания. Шарнир складки - линия пересечения осевой поверхности складки с поверхностью одного из слоёв, составляющих складку. Он характеризует строение складки вдоль осевой поверхности (по вертикали) и определяется азимутом и углом погружения или воздымания. Размеры складок характеризуются длиной, шириной, высотой. Длина складки - это расстояние вдоль осевой линии между смежными перегибами шарнира. Ширина складки - расстояние между осевыми линиями двух соседних антиклиналей или синклиналей. Высотой складки называется расстояние по вертикали между замком антиклинали и замком смежной с ней синклинали.

Складки, пласты которых выгнуты кверху, называются антиклиналями. У этих складок в ядре на дневной поверхности обнажаются более древние породы, а на крыльях - более молодые и они наклонены от ядра. Складки, пласты которых прогнуты книзу, называются синклиналями. У них в ядре обнажаются более молодые породы, и крылья наклонены к ядру. Это две основные формы складок.

В зависимости от положения осевой поверхности в пространстве выделяют следующие разновидности складок.

Прямые складки - осевая поверхность вертикальна, а крылья падают в разные стороны под одинаковыми углами.

Наклонные складки - осевая поверхность наклонена к горизонту, а крылья падают в разные стороны под разными углами.

Опрокинутые складки - осевая поверхность круто наклонена, а крылья падают (наклонены) в одну сторону под разными углами. В этих складках различают нормальное и опрокинутое крылья.

Лежачие складки - осевая поверхность параллельна горизонтальной поверхности. Крылья наклонены в одну сторону под одним углом.

Классификация складок по положению осевой плоскости

Форма складок зависит также от соотношения крыльев и замка. В зависимости от этого складки могут быть острыми , когда крылья образуют острый угол (до 90 o), тупыми , с углом более 90 o , изоклинальными , с параллельным расположением крыльев и тупым замком, веерообразными , с пережимом крыльев, сундучными с пологим широким замком.

В продольном сечении складки бывают линейными , у которых длина превышает ширину более чем в три раза, брахиформными , с отношением длины к ширине меньше трёх и куполовидными , с примерно одинаковыми размерами длины и ширины складки.

Шарнир складки по простиранию часто испытывает погружение или воздымание и представляет не прямую, а волнистую линию. Это явление называется ундуляцией . В этом случае наблюдается замыкание складки, когда одно крыло вдоль оси постепенно переходит в другое. В антиклинальных складках такое замыкание называется периклинальным , а в синклинальных - центриклинальным .

Разновидностями антиклинальных складок являются диапировые складки и соляные купола . Их образование связано с присутствием в ядрах этих складок пластичных пород (глин, солей, гипса), которые, под действием огромного давления вышележащих пород, выжимаются и внедряются в эти породы, образуя пологий свод и крутые боковые поверхности.

Наиболее широко развитыми разновидностями диапировых складок являются соляные купола и глиняные диапиры. В соляных куполах различают ядро, сложенное пластичными породами и более хрупкие вмещающие породы. Ядро носит черты активного протыкания, а вмещающие породы пассивно приспосабливаются к движению ядра. Очень часто соль в ядре имеет форму цилиндрического столба, образуя «соляной шток». При внедрении соляных масс свод купола подвергается растяжению и в нём, могут возникнуть многочисленные трещины и разломы. С соляными куполами часто связаны промышленные скопления нефти и газа. Формирование диапировых складок, по данным Ю.А.Косыгина, а также американских исследователей Бартона, Нельтона и других, происходит лишь там, где мощность пластичных пород составляет не менее 120 м, а глубина их залегания превышает 300 м. Пластичные породы, будучи вовлечены в процесс сжатия, в месте с окружающими их хрупкими породами выжимаются из крыльев в ядра антиклиналей. При благоприятных условиях они могут прорвать перекрывающие породы и образовать диапировые складки.

(по Бенцу)

Складки часто собраны в группы и образуют параллельные, кулисообразные, четковидные, пучкообразные сообщества. Сложные линейно-складчатые структуры образуют синклинории и антиклинории. Антиклинории – это крупные, сложнопостроенные антиклинальные структуры, протяженностью сотни и даже тысячи километров. Они включают множество более мелких антиклинальных и синклинальных складок. Примером является мегантиклинорий Большого Кавказа. Синклинории – это такие же крупные, сложнопостроенные, но в целом синклинальные структуры, осложненные синклинальными и антиклинальными складками более низких порядков. Сочетание антиклинориев и синклинориев образует горные хребты и горные системы, такие как Альпы, Кавказ, Тянь-Шань и др.

Разновидностью крупных складок являются флексуры , которые представляют собой коленообразные или ступенчатые перегибы слоёв или пластов. В области перегиба мощности слагающих флексуру пластов несколько уменьшаются и часто возникают разрывы. Части флексуры, расположенные по обе стороны от перегиба называются крыльями. Выделяется смыкающее крыло, оставшееся на месте и нижнее - опущенное крыло. Вертикальная амплитуда смещения может составлять десятки, и даже сотни метров. Флексуры обычно ограничивают крупные платформенные структуры, такие как синеклизы, краевые прогибы и др.

Разрывные нарушения (дизъюнктивные дислокации)

Тектонические движения иногда приводят к разрыву сплошности пластов горных пород и образованию разрывных нарушений или дизъюнктивных дислокаций . Различают нарушения без существенного смещения по ним и нарушения со смещениями. Нарушения без смещения – это трещины. Они различаются по ширине (от миллиметров до нескольких метров), по протяжённости (от первых сантиметров до десятков километров), по глубине, форме (прямолинейные, дугообразные и др.) и т.д. Кроме трещин тектонического происхождения существуют трещины экзогенного (нетектоничекого) происхождения – трещины усыхания, оползней, обвалов, расширения пород, отслаивания и др.

Дизюнктивное нарушение; a-b - вертикальное смещение

К нарушениям со смещением относятся сбросы, взбросы, сдвиги и надвиги. Элементами тектонических нарушений являются: сместитель, крылья, угол наклона сместителя амплитуды смещения.

Сместитель – это плоскость, по которой происходит смещение. Угол наклона сместителя может варьировать от нескольких градусов до 80-90 o . Крылья – толщи пород, расположенные по обе стороны сместителя. При наклонном положении сместителя крыло, которое располагается над ним, называется висячим крылом, а расположенное под ним – лежачим. Амплитуда смещения – величина относительного перемещения пластов. Различают амплитуду смещения по сместителю, вертикальную, горизонтальную, стратиграфическую.

Одной из наиболее характерных форм разрывных нарушений является сброс . Это нарушение, у которого сместитель наклонён в сторону опущенного крыла (независимо от того, является оно висячим или лежачим). Если же сместитель наклонен в сторону приподнятых пород и уходит под них, то такое нарушение называется взброс . В отличие от описанных типов нарушений сдвигом называется разрывное нарушение, у которого перемещение происходит преимущественно в горизонтальном направлении, а сместитель расположен вертикально. Часто (или почти всегда) сбросы и сдвиги проявляются совместно и называются сбросо-сдвигами и сдвиго-сбросами.

Надвигом называется дислокация с разрывом пластов и надвиганием одного крыла на другое по относительно пологой или горизонтальной плоскости. Это нарушение взбросового типа, возникающее обычно вместе со складчатостью. Выделяют крутые (более45 o), пологие (менее45 o) и горизонтальные надвиги. Эти структуры широко проявлены в складчатых областях. Надвиг с большим горизонтальным перемещением называется шарьяжем , у которого висячее крыло может перемещаться на многие километры и даже на десятки километров.

Сбросовые нарушения часто проявляются в виде систем сбросов и взбросов. При этом образуются своеобразные структуры.

Грабен – опущенный участок земной коры ограниченный параллельными сбросами значительной протяжённости.
Горст – приподнятый участок земной коры, заключенный между параллельными разломами.

Несколько параллельных ступенчато расположенных грабенов образуют сложный грабен. Это относится к структурам Великих африканских озёр (Танганьика, Альберта, Рудольфа), рифту Красного моря, рифту озера Байкал, Рейнскому грабену и др.

Наиболее крупные надвиги и шарьяжи, характеризующиеся перемещениями пород на десятки километров по пологим, горизонтальным и волнистым поверхностям называются покровами . В покровах выделяются перемещённые массы висячего крыла, называемые аллохтоном , и оставшееся на месте лежачее крыло, называемое автохтоном . Покровы развиваются в областях со сложным покровно-складчатым строением. Они широко распространены в Альпах, Апеннинах, Гималаях, Карпатах, центральном и юго-восточном Кавказе, на западных склонах Урала, Верхоянье, Алтае и других областях.

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 (ОГП) образуются при механическом и химическом разрушении магматических пород под действием воды, воздуха и органического вещества.

Осадочные горные породы – породы, существующие в термодинамических условиях, характерных для поверхностной части земной коры, и образующиеся в результате переотложения продуктов выветривания и разрушения различных горных пород, химического и механического выпадения осадка из воды, жизнедеятельности организмов или всех трёх процессов одновременно.

Под воздействием ветра, солнца, воды и из-за перепада температур магматические породы разрушаются. Сыпучие обломки магматических пород образуют рыхлые отложения и из них образуются слои осадочных пород обломочного происхождения. Со временем эти породы уплотняются и образуются сравнительно твёрдые плотные осадочные породы.

Более трёх четвертей площади материков покрыто ОГП, поэтому с ними наиболее часто приходится иметь дело при геологических работах. Кроме того, с ОГП генетически или пространственно связана подавляющая часть месторождений полезных ископаемых. В ОГП хорошо сохранились остатки вымерших организмов, по которым можно проследить историю развития различных уголков Земли. В осадочных породах содержатся окаменелости (фоссилии). Изучая их, можно узнать, какие виды населяли Землю миллионы лет назад. Фоссилии (лат. fossilis - ископаемый) - ископаемые остатки организмов или следы их жизнедеятельности, принадлежащих прежним геологическим эпохам.

Рис. Фоссилии: а) трилобиты (морские членистоногие найденные в кембрийском, ордовикском, силурийском и девонском периодах) и б) окаменевшие растения.

Исходным материалом при формировании ОГП являются минеральные вещества, образовавшиеся за счёт разрушения существовавших ранее минералов и горных пород магматического, метаморфического или осадочного происхождения и перенесённые в виде твёрдых частиц или растворенного вещества. Изучением осадочных горных пород занимается наука «Литология».

В формировании осадочных горных пород участвуют различные геологические факторы: разрушение и переотложение продуктов разрушения ранее существовавших пород, механическое и химическое выпадение осадка из воды, жизнедеятельность организмов. Случается, что в образовании той или иной породы принимает участие сразу несколько факторов. При этом некоторые породы могут формироваться различным путём. Так, известняки, могут быть химического, биогенного или обломочного происхождения.

Примеры осадочных горных пород: гравий, песок, галька, глина, известняк, соль, торф, горючий сланец, каменный и бурый уголь, песчаник, фосфорит и др.

Горные породы не вечны и они изменяются со временем. На схеме показан процесс круговорота горных пород.

Рис. Процесс круговорота горных пород.

По признаку происхождения осадочные породы делят на три группы: обломочные, химические и органические.

Обломочные горные породы образуются в процессах разрушения, переноса и отложения обломков горных пород. Это чаще всего каменистые осыпи, галечники, пески, суглинки, глины и лёссы. Обломочные породы разделяют по крупности:

· грубообломочные (> 2 мм); остроугольные обломки – дресва, щебень, сцементированные глинистыми сланцами, образуют брекчии, а окатанные – гравий, галька – конгломераты);

· среднеобломочные (от 2 до 0,5 мм) – образуют пески;

· мелкообломочные, или пылеватые – образуют лёссы;

· тонкообломочные, или глинистые (< 0,001 мм) – при уплотнении превращаются в глинистые сланцы.

Осадочные породы химического происхождения – соли и отложения, образующиеся из насыщенных водных растворов. Они имеют слоистое строение, состоят из галоидных, сернокислых и карбонатных минералов. К ним относятся каменная соль, гипс, карналлит, опоки, мергель, фосфориты, железо-марганцевые конкреции и т.д. (табл. 2.4). Они могут образовываться в смеси с обломочными и органическими отложениями.

Мергель образуется при вымывании из известняков карбоната кальция, содержит глинистые частицы, плотный, светлый.

Железо-марганцевые конкреции образуются из коллоидных растворов и под действием микроорганизмов и создают шариковидные залежи железных руд. Фосфориты образуются в форме шишковидных конкреций неправильной формы, при слиянии которых возникают фосфоритные плиты – залежи фосфоритовых руд серого и буроватого цветов.

Горные породы органического происхождения широко распространены в природе – это останки животных и растений: кораллы, известняки, ракушечники, радиоляриевые, диатомовые и различные черные органические илы, торф, каменные и бурые угли, нефть.

Осадочная толща земной коры формируется под воздействием климата, ледников, стока, почвообразования, жизнедеятельности организмов, и ей присуща зональность: зональные донные илы в Мировом океане и континентальные отложения на суше (ледниковые и водно-ледниковые в полярных областях, торф в тайге, соли в пустыне и т. д.). Осадочные толщи накапливались в течение многих миллионов лет. За это время картина зональности многократно менялась в связи с переменами в положении оси вращения Земли и другими астрономическими причинами. Для каждой конкретной геологической эпохи можно восстановить систему зон с соответствующей ей дифференциацией процессов осадконакопления. Строение современной осадочной оболочки – это результаты перекрытия множества разновременных зональных систем.

На большей части территории земного шара почвообразование идет на осадочных горных породах. В северной части Азии, Европы и Америки обширные пространства заняты породами, отложенными ледниками четвертичного периода (мореной) и продуктами размывания их талыми ледниковыми водами.

Моренные суглинки и супеси. Эти породы отличаются неоднородностью состава: они представляют сочетание глины, песка и валунов различного размера. Супесчаные почвы содержат больше Si02 и меньше других окислов. Окраска большей частью красно-бурая, иногда палевая или светло-бурая; сложение плотное. Более благоприятную среду для растений представляют моренные отложения, содержащие валуны известковых пород.

Покровные глины и суглинки - безвалунные, мелкоземистые породы. Состоят преимущественно из частиц меньше 0,05 мм в диаметре. Окраска буровато-желтая, большей частью обладают мелкой пористостью. Содержат больше элементов питания, чем описанные выше пески.

Лессовидные суглинки и лессы – безвалунные, мелкоземистые, карбонатные, палевые и желто-палевые, мелкопористые породы. Для типичных лессов характерно преобладание частиц диаметром 0,05-0,01 мм. Встречаются также разновидности с преобладанием частиц диаметром меньше 0,01 мм. Содержание углекислого кальция колеблется от 10 до 50%. Верхние слои лессовидных суглинков нередко бывают освобождены от углекислого кальция. В бескарбонатной части преобладают кварц, полевые шпаты, глинистые минералы.

Красноцветная кора выветривания. В странах с тропическим и субтропическим климатом широко распространены мелкоземистые отложения третичного возраста. Они отличаются красноватой окраской, сильно обогащены алюминием и железом и обеднены другими элементами.

Типичный пример: латериты, красноцветная порода богатая железом и алюминием в жарких и влажных тропических областях, образованная в результате выветривания горных пород.

Рис. Латеритные коры выветривания

Коренные породы. На значительных территориях на поверхность выходят морские и континентальные породы дочетвертичного возраста, объединяемые под названием «коренные породы». Названные породы особенно распространены в Поволжье, а также в предгорьях и горных странах. Среди коренных пород широко распространены карбонатные и мергелистые суглинки и глины, известняки, а также песчаные отложения. Следует отметить обогащенность многих песчаных коренных пород элементами питания. Кроме кварца эти пески содержат значительные количества других минералов: слюд, полевых шпатов, некоторых силикатов и т. д. В качестве материнской горной породы они резко отличаются от древнеаллювиальных кварцевых песков. Состав коренных пород очень разнообразен и недостаточно изучен.