20. Песчаные породы – псаммиты

Песчаные пород ы — псаммиты . К песчаным породам относятся различные пески и песчаники. Породообразующими минералами песков и песчаников являются кварц, полевые шпаты, слюды, обломки горных пород и глауконит. Второстепенные и акцессорные минералы представлены чаще всего магнетитом, ильменитом, гранатом, цирконом, турмалином, рутилом. Цемент в песчаниках бывает глинистым (гидрослюды, каолинит и др.), известковым (кальцит, доломит, реже железистые карбонаты), кремнистым (опал, халцедон, кварцин, кварц), железистым (окислы и гидроокислы железа), иногда хлоритовым, цеолитовым, фосфатным, сульфатным. Во многих песчаниках цемент полиминеральный (глинисто-известковый, кремнистоглинисто-известковый и т. п.). Целый ряд песчаных пород содержит примесь органического углистого или битуминозного вещества. По количеству и структуре цемента различают песчаники с базальным, поровьш и контактным цементом. По способу образования цемента — регенерационные (обрастание обломочных зерен тем же минералом с одинаковой оптической ориентировкой каемок), коррозионные (цементация с частичным растворением обломочных зерен), крустификационные (обрастания зерен), пойкилитовые (цемент состоит из крупных монокристаллов, в которых рассеяны обломочные зерна), цементы механического выполнения пор и др. В химическом отношении песчаные породы характеризуются высоким содержанием кремнезема, иногда повышенным коли­

чеством глинозема и железа (табл. 27 и 28).В основу минералогической классификации песчаных пород положен состав обломочных зерен. По этому признаку выделяются мономинеральные, олигомиктовые и полиминеральные породы. К мономинеральным относятся широко распространенные кварцевые, сравнительно редко встречающиеся полевошпатовые и глауконитовые пески и песчаники. К олигомиктовым—кварцево-полевошпатовые, полевошпатово-кварцевые, глауконитокварцевые и другие песчаные породы. Полиминеральные разности представлены аркозами, граувакками и породами смешанного состава. В зарубежной литературе классификация песчаников основа­

на на несколько иных принципах.

Выделяются арениты — хорошо отсортированные песчаники, содержащие немного глины

(<10%) и ваши — несортированные песчаники с значительным содержанием глины (Вильяме, Тернер, Гильберт, 1962) или кварциты— ортокварциты, аркозы и граувакки.

В том и другом случае учитываются условия образования и цементирующее вещество.

В составе мономинеральных и многих олигомиктовых пород обычно преобладает кварц (до 80—99%)—полтавские пески и песчаники неогена Украины, современные пески аллювия Днепра и северного берега Азовского моря и др. Мономинеральные и олигомиктовые породы другого состава встречаются значительно реже. Аркозами, или аркозовыми песчаниками, называют песчаные породы, состоящие из кварца, полевых шпатов и слюды. Они представляют собой продукты разрушения гранитов и гнейсов.Содержание полевых шпатов в аркозах более 20%, присутствуют также обломки пород (небольшое количество) и цемент, который обычно представлен гидрослюдой, каолинитом или карбонатами. Граувакками первоначально называли песчаники, состоящие из обломков основных изверженных пород, имеющие крупный размер частиц и плохую сортировку материала. Такие представления сохранились и у ряда современных авторов. Американские исследователи под граувакками понимают песчаники, содержащие помимо кварца и полевых шпатов значительное количество обломков горных пород независимо от их состава, а также значительное количество глины (см. выше вакки). Термин граувакка заметно эволюционировал, и в настоящее время под грауваккой следует понимать песчаники, содержащие кварц, полевые шпаты, слюды, обломки различных горных пород и цементирующее вещество. Обломков горных пород содержится не менее 20%, цементом служит глина и продукты изменения обломочных зерен: серицит, хлорит, цеолиты и др.Переходные породы между аркозами и граувакками представляют собой литоидные (или литические) аркозы, или полевошпатовые граувакки (субграувакки американских авторов). Песчаные породы, в составе которых все три компонента (обломки пород, кварц и полевой шпат) содержатся в количестве более 20%, относятся к смешанным и могут быть названы аркозо-граувакками. Структуры песчаных пород — псаммитовые, псаммо-псефитовые, псаммо-алевритовые, псаммо-пелитовые. В измененных и метаморфизованных песчаниках наблюдаются мозаичные конформно-регенерационные, стилолитовые, шиловидные и бластопсаммитовые структуры.Текстуры — слоистые: косо и диагонально-слоистые, волнистые, горизонтально-слоистые. Кварцевые песчаники обычно светлые, белые, редко темные (с магнетитом или органическим веществом), бурые и краснобурые (с железистым цементом), полевошпатовые и аркозовые розовые и красные, граувакковые — зеленовато-серые, темно-серые, до черных; глауконитовые песчаники окрашены в зеленые тона. Песчаные породы образуются в различных условиях. Ниже дается краткая характеристика основных генетических типов песчаных пород. Морские пески и песчаники характеризуются хорошей сортировкой и окатанностью зерен, плотной упаковкой, наличием диагональной слоистости прибрежно-морского типа, знаков волн,потоковой слоистостью. Песчаные породы морского генезиса образуются в мелководной области шельфа, на литорали и сублиторали, реже в глубоководных обстановках. Они часто содержат морскую фауну и

растительный детрит, снесенный с суши, глауконит и иногда фосфоритовые конкреции, отличаются широким площадным распространением и значительной мощностью пластов. В области пляжа они часто являются вместилищем ценных полезных ископаемых: ильменита, граната, монацита, касситерита, золота и др.Озерные пески и песчаники сходны с морскими. Основные отличия заключаются в ином составе фауны, небольшом площадном распространении, мощности и наличии в кровле и почве других озерных осадков. Диагональная слоистость озерных песков часто имеет такой же рисунок, но отличается меньшими размерами пачек и слоев. В озерных песках чаще встречается примесь глины и глинистые прослои. Речные пески и песчаники характеризуются плохой сортировкой материала и сравнительно худшей окатанностью песчинок. Упаковка песчаных осадков в речных отложениях менее плотная, пористость более высокая. В речных песках развита диагональная слоистость речного и потокового типа, перекрестная косая слоистость прирусловых валов и косо-волнистая слоистость на пойме.

Обычно песчаные породы речного генезиса содержат крупный растительный (стволы, ветки деревьев) и мелкий растительный детрит и иногда — пресноводную фауну (пелециподы) и кости Позвоночных. Песчаные породы речного генезиса встречаются в виде полос или лент, вытянутых в направлении речных долин. В русловых песках равнинных рек присутствует мелкая галька и гравий, в песчаных осадках горных рек галька является обычным компонентом. Аллювиальные пески часто содержат золотоносные, платиноносные, монацитовые, шеелитовые и другие россыпи, а также

россыпи драгоценных камней. Флювио-гляциальные песчаные породы образуются в результате перемыва талыми водами ледника моренных отложений. Они ассоциируются, с одной стороны, с ледниковыми, с другой — с 5 . 131 аллювиальными осадками, отличаются сравнительно хорошей сортировкой, невысокой степенью окатанности, наличием диагональной слоистости потокового и речного типа. Обычно флювиогляциальные пески отличаются некоторой грубостью — содержат примесь гравия и гальки. Распространены они в виде пятен неправильной формы и небольшой площади, реже в виде полос.Эоловые пески и песчаники характеризуются прекрасной сортировкой и окатанностью, а также полировкой поверхности песчинок, пользуются широким площадным распространением, отличаются значительной мощностью, наличием диагональной слоистости эолового типа, почти полным отсутствием органических ос­

татков. Распространение и практическое применение песчаных пород.Песчаные породы пользуются широким распространением в отложениях самого различного генезиса. Они являются обычным компонентом многих терригенных формаций: угленосных, флишевых, молассовых, кварцево-песчаных и др. Песчаные породы геосинклиналей отличаются полимиктовым составом и примесью вулканогенного материала, песчаные отложения платформ обычно мономинеральные или олигомиктовые. Месторождение песков и песчаников известны в отложениях разного возраста. Так, например, крупные месторождения песков известны в полтавской серии неогена Украины, песков и песчаников — в юрских, триасовых, пермских и каменноугольных отложениях Донецкого бассейна, палеозое Подолии, Урала, Тимана, Средней Азии и др. Многочисленны месторождения песков в четвертичных ледниковых отложениях Севера нашей страны,

в современных осадках пляжа озер и морей, в речных осадках и т. п.

Пески находят применение в производстве стекла, фарфора, фаянса, в литейном деле, при мощении дорог, в строительстве (для бетона, штукатурки и др.). Песчаники используются как бутовый камень, для производства щебенки, для мощения дорог. Крепкие песчаники применяются для кладки стен, песчаники с кремнистым цементом (осадочные «кварциты») — для изготовления огнеупорного кирпича — динаса. Глауконитовые породы используют для извлечения глауконита, который находит широкое применение в производстве зеленой краски, для смягчения воды (употребляется в фильтрах как

адсорбент) и для удобрения полей (калийные удобрения).

21. Пылеватые породы — алевриты. Это различные рыхлые образования (лёссы, илы) и сцементированные породы (алевролиты). Аллотигенные минералы пылеватых пород представлены кварцем, полевыми шпатами, слюдами и глауконитом. Цемент—глинистыми, карбонатными, железистыми и кремни­стыми минералами, реже хлоритами, цеолитами, фосфатами и сульфатами.

Алевритовые породы очень сходны с песчаными. Основные различия заключаются в меньшем размере дерна и, в связи с этим несколько ином минералогическом составе. В алевритах в больших количествах накапливаются глинистые минералы, слю­ды и мало или нет обломков горных пород.

По количеству и структуре выделяются все те же типы це­мента, что и в песчаных породах: контактовый, поровый, базаль­ный, регенерационный, коррозионный, крустификационный, пойкилитовый и цемент механического выполнения пор.

По минералогическому составу среди алевритовых пород, так же как и среди песчаных, можно различать мономинеральные, олигомиктовые и полиминеральные разности. Од­нако они не содержат литоидных пород, настоящих граувакк и значительно реже среди них встречаются аркозы.

Структуры пылеватых пород алевритовые (грубые и тонкие), алевро-псаммитовые, алевро-пелитовые. Дополнительная харак­теристика дается по структуре цемента. Часто встречаются микрослоистые и ориентированные структуры, благодаря парал­лельному расположению глинистых и слюдистых минералов своими длинными размерами. Текстуры алевритовых пород сло­истые и неслоистые: горизонтально-слоистые, волнисто-слоистые, косо- и диагонально-слоистые. Размеры пакетов и слойков в алевритовых породах значительно меньше, чем в песчаных. Алев­ритовые породы залегают в виде слоев, пластов, линз. Мощность пластов обычно небольшая — сантиметры, метры, несколько мет­ров и лишь в редких случаях достигают сотни метров (лёсс).

По внешнему виду и окраске пылеватые породы весьма раз­нообразны и часто похожи на песчаные. Зернистость в пылева­тых породах различима обычно только в лупу, образуются они в морях, озерах, в речных долинах, на склонах (делювий) и особенно часто эоловым путем.

Рыхлые алевритовые породы широко развиты среди совре­менных отложений — различные водные илы (морские, озерные) и лёссы. Сцементированные алевритовые породы — алевроли­ты-— широко развиты среди отложений геологического прош­лого.

22.Обломочные породы смешанного состава (песчано-алеврито-глинистые). Между песком и глиной сущест­вует целый ряд переходных пород с переменным содержанием песчаного, алевритового и глинистого материала. Эти породы получили название суглинков и супесей. Они состоят из песча­ных, алевритовых и глинистых частиц, благодаря сцеплению между частицами и некоторой цементации держатся в куске, т. е. представляют собой связные породы.

Классификация смешанных пород основана на содержании песка, алеврита и глины, а также на свойстве пластичности . Породы, содержащие глинистых ча­стиц более 30%, относятся к глинам, при содержании глинистых частиц от 30 до 10% —к суглинкам, от 10 до 5% —к супесям, менее 5% —к алевритам или пескам. В зависимости от содержа­ния песчаных и алевритовых частиц они получают названия суглинков и супесей или алевритовых суглинков и супесей (ког­да алевритовых частиц больше, чем песчаных).

Приведенная классификация предложена инженерами-геологами и дорожниками и применяется также почвоведами. С целью устранения излишнего дробления и лучшего согласования пока­зателей гранулометрии и пластичности нами внесены в эту клас­сификацию некоторые изменения: вместо трех типов суглинков выделяется только два, вместо двух типов супесей — один и при­няты иные пределы по числу пластичности (глины — число пла­стичности более 22, суглинки — 22—10, супеси—10—0).

Аллотигенные минералы в смешанных породах представлены кварцем, полевыми шпатами, слюдами, глинистыми минералами, второстепенные и акцессорные — глауконитом, обломками гор­ных пород, цирконом, турмалином, гранатом, магнетитом, гема­титом и др., аутигенные — карбонатами (главным образом каль­цитом), глинистыми минералами (гидрослюды, монтмориллонит, реже каолинит), окислами и гидроокислами железа, реже суль­фатами (гипс). Карбонаты встречаются в виде разнообразных конкреций: журавчиков или дутиков, погрымышей, миццел, псевдомицел и т. п. В странах с сухим жарким климатом суглинки и супеси содержат выделения гипса, а иногда и галита.

Структуры смешанных пород алевро-пелитовые, псаммо-алев­ритовые, псаммо-алевро-пелитовые.

Текстуры смешанных пород слоистые и неслоистые, пятни­стые и др. Супеси и суглинки являются типичными полимине­ральными и разнородно-зернистыми породами. Некоторые уче­ные подобные породы называют мусорными или хлидолитами.

Смешанные породы пользуются широким распространением среди четвертичных континентальных отложений. Месторожде­ния суглинков и супесей встречаются почти повсеместно в Ев­ропейской части СССР в Западной Сибири, Средней Азии, в Средней Европе и других странах.

Суглинки и супеси находят широкое применение для изго­товления строительного кирпича. Некоторые разности суглинков применяются для получения легкого наполнителя бетона — ке­рамзита. Тяжелые суглинки могут быть использованы для про­изводства грубой керамики (гончарная посуда, канализацион­ные трубы, метлахские плитки).

23. Минеральные типы глинистых пород

Глины. Каолинитовые глины. К каолинитовым гли­нам относятся первичные (хемогенные) и вторичные (обломочного генезиса) каолины. Первые развиты в коре выветривания кристаллических пород. По составу это главным образом каоли­нитовые породы. Второстепенными минералами являются гидро­слюды, галлуазит, кварц и ряд устойчивых акцессорных минера­лов. В первичных каолинах часто наблюдаются крупные «верми­кулитоподобные», или «воротничковые», агрегаты и отдельные кристаллы каолинита. По гранулометрическому составу и плас­тичности они обычно представляют собой породы, переходные между глиной и песком с большим количеством песчано-алеври­товых примесей.

По внешнему виду первичные каолины жирные на ощупь, по­ристые породы белого и серовато-буровато-белого цвета. При растирании пальцами всегда обнаруживаются песчинки кварца.

Вторичные каолины—глины обломочного генезиса, образу­ются в результате перемыва первичных каолинов. В процессе размыва, переноса и отложения происходит их обогащение в природных условиях — удаление песчано-алевритовой примеси и тяжелых минералов. По гранулометрии и пластичности вторич­ные каолины почти всегда являются настоящими глинами. В их составе содержится >30% (иногда >75%) глинистых частиц (диаметром < 0,005 мм), пластичность более высокая, чем у пер­вичных каолинов.

В минералогическом составе вторичных каолинов преобла­дает каолинит, имеются небольшие примеси гидрослюды, иногда галлуазита и пылеватого кварца, очень часта примесь органиче­ского углистого вещества и сульфидов железа.

В ряде вторичных каолинов имеется значительная примесь гидраргиллита. Гидраргиллит может быть обломочного проис­хождения — попадал в глину в результате перемыва латеритной коры выветривания. Мог он образоваться и на месте. Глины с гидраргиллитом встречаются в соседстве с угольными пластами, содержащими сульфиды железа. При окислении пирита образу­ется серная кислота, которая, взаимодействуя с каолинитом, дает начало гидраргиллиту.

По внешнему виду вторичные каолины плотные, жирные на ощупь породы, окрашенные в серовато-белые, белые и серые тона. При растирании пальцами наличие обломочной примеси не обнаруживается. Глина, замешанная с водой, дает вязкое тесто и раскатывается в гонкую нить. ‘

При несовершенной сортировке в процессе переноса и отло­жения, а также при смешении материала, поступавшего из раз­личных источников, образуются каолинитовые глины, со­держащие много примесей, и глины переходного состава: каолинит-гидроелюдистые и др.

Каолинитовые глины обладают высокой огнеупорностью — температура плавления многих глин выше 1700° С, температура спекания — 1300—1400° С.Месторождения первичного каолина известны на Украине (Глуховецкое, Просяное и др.), на Урале, в Западной Сибири, на Дальнем Востоке и др. Месторождения вторичных каолинов — в палеогене Украины (Новосилцевское, Кировоградское и Др-), на Урале, в Средней Европе и др.

Каолинитовые глины — ценное полезное ископаемое. Они при­меняются для изготовления огнеупорного кирпича — шамота, фарфора, фаянса и др., используются в бумажной промышлен­ности в качестве наполнителя бумажной массы (20—40% от ее состава), в резиновой промышленности как наполнитель в соста­ве резины, а также при производстве мыла, карандашей и др.

Гидрослюдистые глины. По генезису многие гидро­слюдистые глины близки к каолинитовым и связаны с ними пос­тепенными переходами. Выделяется ряд переходных типов глин: гидрослюдисто-каолинитовые, каолинито-гидрослюдистые.

Гидрослюдистые глины образуются в результате выветрива­ния силикатных пород в условиях влажного климата и представ­ляют собой продукты первой стадии химического выветривания. При перемыве коры выветривания, богатой гидрослюдами (глу­боких горизонтов коры выветривания), образуются вторичные гидрослюдистые глины.

К гидрослюдистым глинам относятся и глауконитовые глины, так как глауконит в кристаллохимическом отношении представ­ляет собой типичную гидрослюду. Генезис их иной. Глауконит является типичным диагенетическим минералом, возникающим при диагенезе морских осадков гумидной зоны.

Главные породообразующие минералы в гидрослюдистых гли­нах— гидрослюды, в том числе и глауконит. Второстепенные ми­нералы представлены каолинитом, реже монтмориллонитом, смешанно-слойными образованиями и некоторыми другими. Гид­рослюдистые глины часто содержат значительное количество обломочных примесей: кварца, полевых шпатов, слюд и др., а также различные аутигенные новообразования (карбонаты, сульфиды и др.). Многие вторичные (обломочные) гидрослюди­стые глины содержат примесь или обогащены органическим ве­ществом.

В химическом отношении они отличаются от каолинов повы- вышенным содержанием щелочей.

Макроскопически гидрослюдистые глины представляют собой пористые или более или менее плотные породы серого, темно-се­рого, белого, буровато-серого, зеленого и пестрых тонов, имеют землистое сложение, однородные или слоистые. Адсорбционная способность (емкость поглощения) выше, чем у каолинитов и ниже, чем у монтмориллонитов.

Первичные гидрослюдистые глины встречаются в коре вывет­ривания кристаллических пород. Месторождения их известны на Урале, Украине и в ряде других районов. Вторичные гидрослюдистые глины представляют собой раз­личные континентальные осадки — озерные, речные, ледниковые и морские (шельфовые) и лагунные отложения. Месторождения их известны в Сибири, Средней Азии, на Урале, Украине, в Под­московном бассейне и др.

К наиболее ценным месторождениям гидрослюдистых глин высокой огнеупорности относится Часовярское и Дружковское месторождения в полтавской серии неогена Донбасса. Эти глины состоят из монотермита. Новейшие исследования показали, что монотермит не является самостоятельным минералом, а пред­ставляет смесь каолинита и гидрослюды.

Гидрослюдистый состав имеет синяя кембрийская глина окрестностей Ленинграда, многие ледниковые глины, большин­ство четвертичных глин Европейской части СССР. Глауконито­вые глины обнаружены в юрских отложениях Подмосковной котловины.

Гидрослюдистые глины монотермитового типа (гидрослюди- сто-каолинитовые) обладают высокой огнеупорностью (до 1710° С) и применяются для изготовления огнеупорного кирпича и тонкой керамики. Рядовые гидрослюдистые глины используют для изготовления грубой керамики — метлахских плиток, кана­лизационных труб, кислотоупорных изделий (тугоплавкие глины), строительного кирпича и черепицы (легкоплавкие глины). Гид­рослюдистые глины с примесью карбонатного материала находят себе применение в цементной промышленности, глауконитовые — для изготовления зеленой краски.

Монтмориллонитовые глины в старину называли сукновальными, так как они применялись для обезжиривания шерсти, а также отбеливающими глинами или фулеровыми зем­лями. В настоящее время их называют бентонитами и флориди­нами. Ряд глин получили названия по наиболее известным место­рождениям, например гумбрин (по месторождению Гумбри в Грузии) и др.

Бентониты обладают способностью быстро и сильно разбу­хать в воде. Капля воды, упавшая на поверхность глины, вызы­вает ее вспучивание. Флоридины слабее разбухают в воде, но быстро распадаются на угловатые обломки при погружении в воду.

Монтмориллонитовые глины образуются в коре выветрива­ния эффузивных пород, богатых вулканическим стеклом, сред­них и ультраосновных пород (железистые монтмориллониты и нонтрониты). Возникают они также в обломочных и эффузивно­обломочных породах, содержащих пирокластический материал, в лагунных и морских водоемах путем преобразования вулкани­ческого стекла и глинистых минералов в стадию диагенеза и при перемыве монтмориллонитсодержащих кор выветривания и осадочных пород, богатых монтмориллонитом.

Главным породообразующим минералом является монтмо­риллонит. Второстепенными — гидрослюды, различные смешан­но-слойные минералы, аллофан, опал и др.

Макроскопически монтмориллонитовые глины напоминают воск, жирны на ощупь, светлого, серовато-белого, зеленоватого и желтоватого тона, отличаются от других глин высокой пластич­ностью, способностью в воде разбухать, высокой адсорбционной способностью и т. п. Эти свойства глин обусловлены строением кристаллической решетки — слои решетки могут раздвигаться, а промежутки между ними заполняться водой и катионами.

Месторождения монтмориллонитовых глин известны у с. Гум- бри в Грузии, вблизи г. Нальчик на Северном Кавказе и других (флоридины), у с. Аскани в Грузии, в меловых породах Крыма (кил), в третичных отложениях Средней Азии, Азербайджана, Прикарпатья и Закарпатья и других (бентониты).

Монтмориллонитовые глины (главным образом флоридины) применяются в пищевой промышленности для очистки масел, жиров, соков и т. п. Особенно много глин потребляет нефтяная промышленность для очистки нефтепродуктов. Бентониты при­меняются в качестве формовочных глин, для приготовления бу­ровых промывочных растворов, в мыловаренной промышленно­сти и в парфюмерии. Обработанные кислотами бентониты стано­вятся хорошими адсорбентами и применяются для очистки неф­тепродуктов.

Полиминеральные глины образуются в том случае, когда осадочная дифференциация вещества проходит недостаточ­но совершенно и при смешивании материала, поступающего из разных источников. Большинство полиминеральных глин имеет обломочное происхождение. Они широко развиты в делювиаль- ных-склоновых осадках, в отложениях предгорий, в речных до­линах и озерах, реже в морских осадках, иногда присутствуют и в коре выветривания.

Главными породообразующими минералами в них являются каолинит, монтмориллонит, гидрослюда, кварц, слюды. Обычно в полиминеральных глинах одновременно присутствует два-три глинистых минерала и довольно часто встречаются смешанно­слойные образования. Второстепенные минералы — глауконит, хлориты и ряд акцессориев. Полиминеральные глины содержат также ряд аутигенных новообразований — карбонатов, сульфа­тов, сульфидов, окислов и гидроокислов железа и марганца. Не­которые из них содержат примесь или обогащены органическим веществом.

Макроскопически эти глины весьма разнообразны. Обычно это связные, пористые породы, окрашенные в светло-бурые, бу­рые, коричневые, серые, темно-серые и зеленоватые тона. В зави­симости от наличия песчаной и алевритовой примеси и минерального состава они обладают высокой (мало примесей) или низкой пластичностью (много примесей).

Полиминеральные глины пользуются широким распростране­нием в четвертичных континентальных осадках и покрывают ог­ромные пространства равнин Европейской части СССР, Запад­ной Сибири, Средней Европы и др. Месторождения полимине­ральных глин весьма многочисленны и встречаются повсеместно. Они применяются для изготовления строительного кирпича и гру­бой керамики. Некоторые разности этих глин пригодны для по­лучения керамзита.