Инженерная геология. Лабораторная № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД

Цель работы. Научиться определять осадочные горные породы.

Приборы и принадлежности. Набор образцов обломочных, хемогенных и органогенных горных пород, эталоны твердости минералов, 10 % соляная кислота, лупы, бинокуляр МБС-9.

Краткие сведения

Осадочные породы образуются за счет отложения продуктов механического и химического разрушения пород, а также продуктов жизнедеятельности организмов. Все осадочные породы являются результатом экзогенных процессов. Основная масса осадочных пород образуется на дне озер и морей. В процессе образования осадочных пород можно выделить две стадии: 1) стадию рыхлого осадка и 2) стадию твердой горной породы. Процесс пре­вращения рыхлого осадка в твердую горную породу носит название диагенеза. Диагенез осуществляется через уплотнение, обезвоживание, цементацию, перекристаллизацию осадка. Для большинства осадочных пород характерна пластообразная форма залегания и слоистая текстура. По происхождению осадочные породы подразделяются на обломочные, хемогенные и органогенные.

Обломочные породы

Эти породы образовались за счет отложения обломков пород, подвергшихся разрушению. Структура обломочных пород называется обломочной, причем в зависимости от размера обломков, слагающих породу, она может быть псефитовой, псаммитовой, алевритовой или пелитовой (табл. 4.1). Часто употребляют термины псефиты, псаммиты, алевриты, пелиты для обозначения осадков и сцементированных пород соответствующей размерности. Классификация обломочных пород построена также на форме обломков и степени их цементации.

Название осадку и породе дают по преобладанию частиц какого-либо размера. Если примесь частиц другой размерности составляет более трети, тогда к основному названию добавляют прилагательное: глина алевритовая, песчаник алевритовый. В зависимости от состава преобладающих обломков пески и песчаники могут быть кварцевыми, аркозовыми (полевошпатовыми), граувакковыми и др. Пространство между обломками заполнено глинистым, известковым, кремнистым, железистым цементом. Часть порового пространства остается пустой, и обломочные породы становятся пористыми. В порах могут скапливаться нефть и газ.

Таблица 4.1

Обломочные (кластические) горные породы

Размер об­ломков, мм	Рыхлые (осадки)		Сцементированные			Основные структуры
	окатан­ ные	неока- танные		окатан­ ные	неока- танные
Более 100	Валуны	Г лыбы		Конгло­ мерат	Брекчия	Псефитовые (грубообло­ мочные)
10-100	Галеч­ ник	Щебень
2-10	Г равий	Дресва		Гравелит
0,1-2	Песок		Песчаник			Псаммитовые (песчаные)
0,01-0,1	Алеврит		Алевролит			Алевритовые (иловатые)
Менее 0,01	Глина		Аргиллит			Пелитовые (глинистые)

Цвет обломочных пород зависит от цвета составляющих частиц и цвета цемента. Чистые кварцевые пески и песчаники могут быть чистыми белыми. Карбонатный цемент обычно дает светлые тона, железистый - коричневатые, глинистый - серые, бурые, зеленые, синеватые оттенки.

Хемогенные породы

Это породы, образовавшиеся в результате выпадения растворенных веществ из истинных и коллоидных водных растворов. Хемогенные породы формируются главным образом на дне водоемов. Хемогенными также являются отложения подземных вод (вещество сталагмитов, сталактитов, цемент обломочных пород и т. п.). Хемогенные породы, образовавшиеся за счет выпадения вещества из истинных растворов, имеют полнокристаллическую структуру (крупно-, средне-, мелко- и тонкозернистую), а из коллоидных — скрытокристаллическую. Текстура хемогенных пород большей частью слоистая, но может быть и массивная.

Железные руды, представленные гематитом (бурым железняком) и сидеритом, отлагаются как в морских бассейнах, так в озерах и болотах. Довольно характерным для бурых железняков является оолитовое строение; цвет у них красновато-бурый до черного. Сидерит бурого цвета, образует линзы и пласты небольшой мощности.

Марганцовые руды представлены оксидами и карбонатами марганца. Марганцовые руды, сложенные оксидами, имеют черную окраску, карбонатами - розовато-серую окраску. По своему происхождению марганцовые руды близки к хемогенным железным рудам, нередко оолитового строения; имеют большое практическое значение для получения ферромарганца. Наиболее крупные месторождения марганцовых руд: Чиатурское (Закавказье), Полуночное (Северный Урал), Никопольское (Украина).

Бокситы представляют собой породы, состоящие преимущественно из гидратов окиси алюминия А1(ОН)₃ или НА10₂. По внешнему виду это чаще всего землистые или сцементированные оолитовые массы красно-бурого, светло-желтого, иногда белого цвета. Они являются рудой на алюминий. Важнейшие месторождения: Красная Шапочка, Черемухинское, район Кушвы (Урал), Тихвинское (Ленинградская обл.).

Фосфориты - это осадочные породы, богатые фосфатом кальция типа апатита. Обычно фосфориты представляют собой пески, глины, карбонатные и другие породы, сцементированные фосфатами кальция. Встречаются в виде конкреций, желваков, слоев. Окраска серая, бурая, черная, иногда белая, желтоватая, зеленоватая. Нередко в составе фосфоритов большая роль принадлежит и органическим остаткам. При трении кусков фосфорита друг о друга появляется запах, как от жженой спичечной головки. Месторождения: близ Актюбинска, в горах Каратау, в Московской, Курской и других областях.

Трепел по внешнему виду очень похож на мел, но в отличие от него состоит из кремневых зернышек, являющихся продуктом разложения скелетиков диатомовых водорослей и некоторых других мелких морских организмов. Это очень мягкая, тонкозернистая, легкая порода с пористой текстурой; она легко растирается между пальцами в тонкий порошок, цвет ее белый, желтовато-серый. Трепел применяется для фильтрования кислот, для термоизоляции, полировки металлических изделий, изготовления специального кирпича, в цементной промышленности. Крупные месторождения трепела встречаются в Среднем Поволжье, в Грузии, на Урале, в Крыму.

Мергели представляют собой осадочные породы, переходные от известняков и доломитов к глинистым породам. Содержат от 50 до 80 % кальцита СаС0₃ с магнезитом MgC0₃ и от 20 до 50 % глинистых и алевритовых частиц. Обычно мергели имеют тонкозернистую структуру и массивную текстуру. При смачивании нередко становятся пластичными. Окрашены чаще всего в светлые тона, но встречаются разновидности коричневого, фиолетового, зеленоватого, красного цвета, а также пестрые. Применяются мергели как сырье для изготовления цемента. Крупные месторождения мергелей имеются в Поволжье, Приуралье, на Черноморском побережье Кавказа.

Известняки хемогенного происхождения возникают в результате отложения углекислого кальция из водных растворов. Типичными представителями хемогенных известняков являются:

1. известковый туф (травертин), представляющий собой пористые массы, формируется за счет выделения углекислого кальция из вод некоторых источников;

2. оолитовые известняки, состоящие из известковых оолитов диаметром от долей миллиметра до 15-25 мм;

3. плотные тонкозернистые известняки, образующиеся на дне водоемов;

4. сталактиты и сталагмиты.

Окраска известняков может быть различной и зависит от примесей (серая, бурая, черная, зеленоватая, красноватая, желтоватая). Чистые известняки имеют белую окраску. Применяются как строительный материал, для получения извести, цемента, как флюс в металлургии. Месторождения известняков распространены повсеместно. На юго-восточной окраине Красноярска имеется Торгашинское месторождение известняков, которое является поставщиком сырья для Красноярского цементного завода.

Доломиты - хемогенные породы, основной составной частью которых является доломит. По внешнему виду похож на известняк. В отличие от известняка, слабо вскипает с соляной кислотой (только в порошке). Большинство доломитов образуется за счет замещения в известняках части кальция магнием, который содержится в морских водах в составе растворимых солей. Окраска доломитов большей частью светлая - желтоватых, розоватых, зеленоватых тонов. Применяются доломиты в цементной, стекольной, керамической промышленности, как огнеупорный материал и флюс в металлургии, как строительный материал. Крупные месторождения доломита имеются в Московской области, на Урале, в Поволжье, в Крыму, на Северном Кавказе.

Гипс, каменная и калийная соли являются типичными хемогенными породами и относятся к группе эвапоритов. Нередко каменная соль и гипс встречаются вместе, переслаиваясь друг с другом. Они залегают обычно пластами, причем мощность гипса может превышать 100 м, а мощность каменной соли достигает 500 м. Каменная соль применяется в пищевой и химической промышленности; калийные соли - как удобрение.