2.2.2. Описание основных подгрупп осадочных пород

Обломочные породы

Классификация обломочных пород основана на размере частиц, форме обломков, наличии цемента и минеральном составе.

По размерам частиц выделяют грубообломочные – псефитовые (диаметр частиц > 1 мм), среднеобломочные (песчаные) – псаммитовые (диаметр частиц 1,0–0,05 мм), пылеватые – алевролитовые (диаметр частиц 0,05–0,005 мм).

Грубообломочные породы – псефиты

К грубообломочным породам относятся рыхлые и сцементированные продукты физического выветривания. Петрографический и минеральный состав этих пород может быть очень разнообразным и зависит от состава тех пород, которые подвергались разрушению. Они могут быть полиминеральными, состоящими из обломков различных пород и минералов, и мономинеральными, состоящими из одного минерала или обломков мономинеральной породы. Чаще всего грубообломочные породы представлены обломками различных размеров, т.е. сортировка в них очень слабая. Цемент в них может быть известковым, кремнистым, фосфатным, глинистым. Среди сцементированных грубообломочных пород различают: конгломераты, состоящие из сцементированных окатанных обломков различных размеров, и брекчии, представленные остроугольными сцементированными обломками.

Текстуры грубообломочных пород могут быть слоистыми (косо- и диагонально-слоистые) и неслоистыми. Формы залегания: пласты, слои и линзы различной мощности.

Грубообломочные породы встречаются в отложениях самого раз-ного возраста. Месторождения их широко распространены в горных местностях и на берегах морей, озер, рек. При изучении крупно-обломочных пород следует определить и описать величину и форму обломков, окраску, петрографический и минеральный состав. Для сцементированных пород – состав и окраску цемента, соотношение в породе (в %) обломков и цемента.

Известковый цемент вскипает при действии соляной кислоты, железистый – окрашивает породу в красноватый или буроватый цвет, кремнеземистый – характеризуется очень высокой твердостью, глинистый цемент разрушается под действием воды.

Среднеобломочные (песчаные) породы – псаммиты

К песчаным породам относятся различные пески и песчаники, величина частиц которых изменяется в пределах от 0,25 до 1,0 мм. В зависимости от степени уплотнения и цементации они разделяются на рыхлые (пески) и сцементированные (песчаники). По относительной величине зерен песчаные породы могут быть равномерно-зернистыми (сортированными) и разнозернистыми (несортированными). Чаще в природе встречаются последние.

В зависимости от состава минеральных зерен выделяют несколько групп песчаных пород.

Кварцевые пески и песчаники сложены в основном зернами кварца. В виде примесей в них могут присутствовать полевые шпаты, слюды, глауконит и другие минералы. Зерна минералов могут быть окатанными и неокатанными. Окраска пород белая, серовато-белая, а если есть примеси железа – желтая или желто-бурая. В песчаниках цемент может быть кремнистым, железистым, глинистым, извест-ковым и т.д.

Железистые пески и песчаники наряду с зернами кварца содер-жат большое количество слюдных минералов, хорошо видимых нево-оруженным глазом. Цвет желто-бурый, серовато-бурый, золотисто-бурый.

Кварцево-глауконитовые пески и песчаники состоят из глауконита (60–80%), кварца (20–40%), встречаются слюды и другие минералы. Окраска свежих пород зеленая, при выветривании становится ржаво-бурой.

Известковые пески и песчаники состоят из мелких обломков раковин. Вскипают при действии соляной кислоты. Чаще всего встре-чаются на прибрежных участках суши.

Аракозовые пески и песчаники представляют собой песчаные породы, состоящие из зерен кварца, полевых шпатов и слюд. Они являются продуктами разрушения гранитов и гнейсов. По величине зерен обычно несортированные и угловатые. Наряду с отдельными минеральными зернами в них так же имеются обломки материнских пород и цемент, который представлен гидрослюдой, каолинитом или карбонатами.

Песчаные породы являются широко распространенными породами. Особенно много их по берегам морей, озер, рек, в полупустынях и пустынях. По происхождению песчаные породы подразделяются на несколько групп:

– морские пески и песчаники – характеризуются хорошей сортировкой и окатанностью зерен, плотной упаковкой зерен, они часто содержат морскую фауну и растительный детрит, глауконит и иногда фосфоритные конкреции, отличаются широким площадным распространением и значительной мощностью пластов;

– озерные пески и песчаники – отличаются от морских составом фауны, небольшим площадным распространением, в озерных песках часто встречаются прослои глины;

– речные пески и песчаники – характеризуются плохой сорти-ровкой материала, упаковка песчаных осадков в речных отложениях менее плотная, породы обладают довольно высокой пористостью, в них часто содержится крупный и мелкий растительный детрит;

– флювио-гляциальные песчаные породы – отличаются сравни-тельно хорошей сортировкой, невысокой степенью окатанности, часто содержат примесь гравия и гальки, образуются в результате перемыва морских отложений талыми водами ледника;

– эоловые пески и песчаники –характеризуются хорошей сорти-ровкой, окатанностью материала и полировкой поверхности песчи-нок, распространены на больших площадях.

Все песчаные породы являются широко распространенными почвообразующими породами. На них формируются почвы, облада-ющие хорошей водопроницаемостью, низкой влагоемкостью, отно-сительно малыми запасами элементов зольного питания растений. Почвы на них хорошо прогреваются, но быстро пересыхают. Глауко-нитовые породы применяются как калийные удобрения. Пески используются в производстве стекла, фарфора, фаянса, в литейном и строительном деле.

Определение песчаных пород производится визуально, при этом следует подробно описать величину и характер окатанности зерен, минеральный состав и окраску цемента. Особое внимание важно обратить на наличие карбонатов кальция, который может находиться в цементе или в зернах. Это устанавливается при смачивании породы 10%-ным раствором соляной кислоты. При наличии даже небольшого количества карбонатов порода будет «вскипать».

Для определения величины зерен необходимо рыхлую породу просеять через набор сит с диаметром отверстий от 1 до 0,01 мм и рассчитать количество каждой фракции в процентах. После этого отнести породу к соответствующей группе (табл. 9).

Мелкообломочные (пылеватые) породы – алевриты

Мелкообломочные (пылеватые) породы представляют собой различные рыхлые образования (алевриты) и сцементированные поро-ды (алевролиты), в составе которых преобладают частицы с размером от 0,005 до 0,01 мм. По внешнему виду и окраске пылеватые породы весьма разнообразны и часто похожи на песчаные. Зернистость в них различима только в лупу. Образуются пылеватые породы в морях, озерах, речных долинах, на склонах (делювий) и особенно часто эоловым путем. У алевролитов состав цемента такой же, как и у песча-ников. Встречаются они среди более древних отложений. К породам этой группы относятся лессы, лессовидные породы и илы.

Лесс – пористая порода, состоящая из частиц диаметром 0,01–0,005 мм, причем количество частиц крупной пыли (0,01–0,05 мм) в них может достигать 50% и более. Порода легко распадается в воде, обладает хорошей водопроницаемостью, однородностью, содержит значительное количество карбонатов (от 1 до 30%), в сухостепных условиях она может содержать легкорастворимые соли. Порода неслоистая, склонная обваливаться вертикальными глыбами и образовывать столбчатые отдельности и вертикальные обрывы. Характерные свойства лессов – однородность, иногда переслаивание с погребенными почвами, а также содержание раковин наземных моллюсков и известковых журавчиков, при сильном увлажнении склонность к образованию просадок. Лесс зонален, в основном приурочен к семиаридному (полусухому) климату. Он широко распространен в Китае, Узбекистане, Таджикистане, на Украине, юге Западной Сибири и является почвообразующей породой для легких высокоплодородных почв.

Все породы, морфологически напоминающие лессы, но не имеющие полного комплекса вышеперечисленных признаков, называются лессовидными. Для них характерны меньшая пористость, отсутствие или малое содержание карбонатов кальция, нередко они слоисты, менее однородны по величине частиц, чем лессы.

Существует несколько гипотез образования лессов. В.В. Докучаев считал лесс флювиогляциальной породой, А.П. Павлов рассматривал его как делювиальное или пролювиальное образование, В.А. Обручев и Д.И. Мушкетов приписывали лессу эоловое происхождение. По гипотизе Л.С. Берга образование лесса связано с почвенно-элювиальной переработкой рыхлых поверхностных образований в условиях сухого климата. По Кригеру главнейшими факторами образования лесса следует считать эоловый принос пыли, делювиальное осадочное породообразование (литогенез) и совместное выветривание и почвообразование в засушливом степном климате.

При определении лессов прежде всего следует обращать внимание на взаимодействие с кислотой («вскипание»), степень пористости и пылеватости. Признаком пылеватости следует считать способность породы во влажом (тестообразном) состоянии скатываться в непроч-ный шнур, который при свертывании в кольцо разламывается.

Вулканогенно-обломочные (пирокластические) породы

При вулканических извержениях выбрасывается много рыхлых обломочных продуктов: вулканические бомбы, лаппили, вулкани-ческий песок и тонкие частицы пыли, способные пролетать тысячи километров от места извержения. В качестве примеси в пиро-кластических породах может присутствовать любой другой осадочный материал, а также органические остатки.

Вулканогенно-обломочные породы подразделяются прежде всего по количеству вулканогенного материала. Если его больше 90%, то породу называют вулканическим туфом, при содержании от 50 до 90% – туффитом. Если вулканического материала меньше 50%, то название дается по преобладающей части (туфогенная глина, туфо-генный алеврит и т.д.). Если обломки очень мелкие, осадок называется вулканическим пеплом. Пирокластические породы состоят из обломков лавы и образующих ее минералов.

Глинистые породы

Глинистые породы – очень мелкозернистые осадочные породы, состоящие главным образом из особых глинистых минералов, размеры зерен которых меньше 0,01 мм. Глинистые породы – самые распространенные из осадочных. На их долю приходится более половины всех осадочных пород.

Главной составной частью глин являются вторичные глинистые минералы группы каолинита, монтмориллонита, иллита, гидрослюд и др. Кроме того, в них присутствуют водные оксиды кремния, железа и алюминия, как аморфные, так и кристаллические, а также некоторое количество первичных минералов (кварц, полевые шпаты, слюды), еще не подвергшихся процессу выветривания.

По минеральному составу глины подразделяются на мономи-неральные, главная масса которых состоит из одного минерала, и полиминеральные, состоящие из нескольких минералов. Чаще встречаются полиминеральные глины.

По степени уплотнения глины делятся на две группы: собственно глины, размокающие в воде, и аргиллиты, не размокающие в воде, камнеподобные породы.

Важнейшими свойствами глин являются.

Пластичность – способность образовывать с водой вязкое тесто, которое может формоваться и сохранять приданную ему форму.

Адсорбционная способность заключается в том, что частицы глин могут поглощать и прочно удерживать различные вещества – краски, жиры, растворенные вещества.

Огнеупорность – обожженное в огне глинистое тесто приобретает твердость и крепость камня. Керамические изделия из огнеупорных глин без вреда можно нагревать до 1600–1700ºС.

Аргиллиты – это плотные, с незначительной пористостью, плохо размокающие или не размокающие, не обладающие пластичностью породы. Обладают свойствами глин только при их растирании в порошок.

По своему образованию глины делятся на остаточные, образование которых обусловлено процессами выветривания горных пород на месте их залегания, и переотложенные, образующиеся при переносе глинистых частиц водой или иными агентами. Среди переотложенных различают континентальные (озерные, аллювиальные и др.) и морские образования.

Глины связаны с другими группами пород постепенными пере-ходами. Во многих глинах содержится значительная часть пылеватых, песчаных и других частиц, что отражается в их названии.

Описывая глину, необходимо указать следующие признаки: цвет, пластичность, взаимодействие с 10% HCl, наличие растительных остатков и окаменелостей.

Для полного и точного определения глинистых пород исполь-зуются электронно-микроскопические методы, термический и рент-геноструктурный анализы.

Приблизительное определение глин можно проводить с помощью органических красителей или фигур растрескивания. В основу первого метода положена способность органических красителей закрепляться на поверхности глинистых частиц, окрашивать минералы и менять свой цвет и спектр поглощения в зависимости от условий, в которых они адсорбированы на частицах. Для этого готовят водную суспензию глинистых пород в объеме 9 см³, к ней доливают метиленовый голубой в количестве 0,7–1,2 см³ при концентрации 0,01%. После часового отстаивания суспензию делят на три части.

В первой порции после 8–12 часов отстаивания наблюдают ок-раску, а затем готовят на стекле плоскую каплю, которую высушивают на воздухе, и проверяют устойчивость окраски.

Во вторую порцию добавляют 3–5 капель насыщенного раствора KCl и через 8–12 часов наблюдают окраску, степень ее изменения по сравнению с первой.

В третью порцию добавляют метиленовый голубой в количестве 0,5 см³. Готовят каплю, помещают ее на стекло, высушивают на воздухе. Определяют окраску. От метиленового голубого каолинитовые глины окрашиваются в фиолетовые тона, гидрослюдистые – от грязно-синего до фиолетово-синего, монтмориллонитовые и бей-деллитовые – в голубовато-зеленый цвет. Монтмориллонитовые глины, насыщенные Са²⁺, окрашиваются в чисто фиолетовые тона.

При добавлении в суспензии, окрашенные метиленовым голубым, нескольких капель КCl, каолиниты сохраняют свою окраску, гидрослюды изменяют на голубовато-зеленую, грязно-синюю, у бейделлитов, а также К⁺- и Н⁺-монтмориллонитов окраска сохраняется или изменяется до желто-зеленой, у Са²⁺-монтмориллонитов фиолетовая окраска сменяется на ярко-голубую.

Таблица 10