Лекция 3.
Группа глинистых пород.
Основные понятия и определения.
Глинистые породы - один из самых распространенных осадочных образований. По объему они составляют до 60% всех осадочных горных пород. По своему происхождению они занимают промежуточное положение между чисто химическими, к которым более близки, и обломочными.
Глины - это породы, которые состоят из мельчайших частиц (меньше 0,01-0,001 мм), притом в основной части непременно из глинистых минералов, присутствием которых именно и обуславливаются все специфические свойства глин.
Главнейшие составные части - глинистые минералы и тонкодисперсионный обломочный материал - пелит (размер частиц менее 0,01 мм).
Глинистые минералы - основа глинистых пород - это главным образом, представители слоистых силикатов. Они состоят из тетраэдрических, октаэдрических и других кристаллических сеток, чередующихся определенным образом в каждом из минералов.
Глинистые частицы в основной своей массе имеют размер менее 0,004 мм. В качестве примесей в глинистых породах присутствуют алевритовые, в меньшей степени песчаные зерна
Наиболее обычные примеси – алеврит и песок, представленны зернами кварца, полевых шпатов, мусковита, кальцита, доломит, оксиды и сульфиды железа, углефицированные растительные остатки, фосфаты и некоторые другие соединения. Суммарное их содержание в глинах составляет до 50%.
На основании различий в строении, составе и свойствах, глинистые минералы объединяются в четыре основные группы: каолинита, гидрослюды, монтмориллонита и хлорита, получившие название по ведущему минералу. Кроме того выделяются смешанослойные образования, состоящие из структурных слоев нескольких типов (например: гидрослюдистых и монтмориллонитовых), и представляющих собой переходные разности от одного минерала к другому.
В группу каолинита входят каолинит Al2O3*2SiO2*2H2O, диккит, накрит и галлуазит Al2O3*2SiO2*4H2O. Галлуазит через метагаллуазит может переходить в каолинит, т.к. он обладает большей способностью к обмену оснований. Каолинит - характеризуется ничтожной обменно-поглотительной способностью и поэтому устойчив в зоне выветривания.
Представители группы гидрослюд - гидрослюда (иллит) и глауконит. Гидрослюды связаны постепенными переходами с другими минералами (каолинитом). В целом, гидрослюды характеризуются изменчивым химическим составом, не набухают, и имеют небольшую способность к катионному обмену.
Группы монтмориллонита - монтмориллонит (Al2O3*4SiO2*H2O+nH2O), бейделит (Al2O3,3SiO2*3H2O(Al → Fe)), нонтронит (Fe2O3*4SiO2*H2O+nH2O), сапонит (3MgO*4SiO2*H2O+nH2O) (это магнезиальный монтмориллонит, замещение Al → Mg).
В группу хлорита - входят шамозит и хлориты, среди которых различают железистую, железисто-магнезиальную и магнезиальную разновидности.
Глинистые породы обладают рядом свойств и признаков, отличающих их от остальных осадочных отложений. Физические свойства глин: они могут размокать в воде, во влажном состоянии им свойственна пластичность - способность под влиянием внешних сил приобретать форму (без нарушения целостности) и сохранять ее. При прочих условиях наиболее пластичен монтмориллонит.
Глины способны поглощать воду, преимущественно пресную, т.е. обладают гидроскопичностью и за счет этого значительно увеличиваться в объеме (до 40-70%). При высыхании они растрескиваются, а в некоторых случаях превращаются в мелкую щебенку. Глины обладают способностью скреплять различные тела, и это свойство используется при приготовлении различных цементов, применяемых в строительстве. Они обладают адсорбцией - свойством поверхностного слоя поглощать отдельные компоненты из жидкой и газовой фаз. Глины обладают огнеупорностью – способность противостоять без плавления действию высоких температур. В приповерхностной зоне и на небольших глубинах (до 500-1000м) породы имеют высокую пористость - 25-40%, иногда достигающую 50% и более. Глины слабо проницаемы для жидкостей и газов.
Глинистые минералы в чистом виде белые или бесцветные, поэтому в отсутствии хромофоров породы имеют белую окраску, иногда с желтым или светло-серым оттенком. Бурый и красный цвета разной интенсивности и оттенков обусловлены присутствием окисных соединений железа. Черная и серая, различной интенсивности и оттенков - содержание органических соединений или тонкодисперсных сульфидов железа. Присутствие повышенного количества хлорита и зеленых слюд часто придают породам серо-зеленую окраску.
В природных условиях глинистые породы залегают в виде ограниченных по размерам прослоев, линз, а так же мощных (несколько 10 и 100 м) пластов и пачек, имеющих региональное распространение. Нередко наблюдается тонкое переслаивание глинистых пород с обломочными и карбонатными, при этом мощность отдельных прослоев может составлять доли сантиметров.
Условия образования.
Глинистые минералы, участвующие в строении осадочных горных пород, имеют различный генезис. В соответствии с этим глинистые породы подразделяются на две равные по распространению группы: элювиальные (или остаточные) и осадочные. В каждой из них выделяются группы фаций в зависимости от обстановки накопления глинистого вещества.
Глинистые минералы наиболее часто возникают в результате:
- разложения алюмосиликатов магматических и метаморфических пород в коре выветривания;
- подводного химического выветривания (гальмиролиз);
- химического осаждения из растворов.
Кроме того, они образуются в осадках и горных породах на стадии диагенеза, катагенеза и генерации минералов.
Преобразование глинистых пород.
Глины разнообразны по составу глинистых минералов, аргиллиты же слагаются в основной своей массе гидрослюдами и хлоритами с примесью смешаннослойных образований.
Пелитовая часть в аргиллитах, так же как и в глинах, представлена кварцем, полевым шпатом, слюдами. Дальнейшее воздействие физических и химических факторов приводит к превращению аргиллитов в глинистые или кровельные сланцы, филлиты и другие образования. Т.о. аргиллиты - продукт первой стадии изменения глин на пути их превращения в метаморфические породы. Промежуточное положение между осадочными породами - аргиллитами - и метаморфическими породами занимают глинисто-слюдяные сланцы или филлиты, состоящие из крупных пластинок слюды, зерен кварца, хлоритов с примесью полевого шпата, рутила, пирита, гранатов. Однако эти породы обнаруживают столь значительное влияние термальных или динамических изменений, что их правильнее не включать в число осадочных.
Структуры и микротекстуры глинистых пород.
В глинах наблюдаются следующие типы структур, обусловленные величиной частиц, слагающих глину, или процессами отложения вещества из растворов:
а). Пелитовая - характерна для глинистых пород, состоящих почти исключительно (более чем на 90%) из частиц меньше 0,01 мм. В зависимости от степени дисперсности материала различают пылеватую (0,01-0,001 мм) и гелевую структуру (< 0,001 мм). Глины с гелеевой структурой исключительно мелкозернистые и обладают или скрытокристаллическим (тогда они изотропны в скрещенных николях), или частично кристаллическим строением за счет перекристаллизации пород во время окаменения.
б). Алевритовая - характеризуется тонкодисперсной глинистой массой, на фоне которой заметны алевритовые частицы (не менее 5%). Эта структура свойственна тугоплавким и строительным глинам.
в). Псаммопелитовая - отличается от предыдущей присутствием и песчаных частиц, наблюдается часто в тугоплавких и строительных глинах.
г). Фитопелитовая - типична для темно-окрашенных глин богатых органическим веществом. В тонкодисперсной массе присутствует как породообразующий элемент - остатки растений различной степени сохранности и рассеянные коллоидные органические вещества.
д). Конгломератовидная и брекчевидная - образуются или в результате местного размыва отложений и цементации возникших обломков глинистым веществом или же во время диагенеза.
е). Ооидная (бобовая) - характеризуется тем, что однородный по структуре участок породы иногда обломочного происхождения, покрыт одной или двумя тонкими концентрическими оболочками, возникшими в результате, вероятно, осаждения глинистых минералов из растворов.
ж). Сферолитовая - возникает в глинистых породах благодаря появлению в них при окаменении сферолитов, обычно кальцита или сидерита.
з). Реликтовая - в породе видны контуры частиц, за счет видоизменения которых образовались глинистые минералы.
Для глин могут быть выделены определенные разновидности микротекстур на основе различного расположения пластинчатых частиц и неодинаковой их оптической ориентировке. Среди микротекстур наиболее обычны следующие:
а). Чешуйчатая - намечается мелкими разнообразно ориентированными чешуйками глинистых минералов. При вращении столика не наблюдается затемнения зерен в скрещенных николях и общий вид шлифа не изменяется (за исключением погасания алевритовых и песчаных зерен).
г). Спутанно-волокнистая - в шлифах, в скрещенных николях характеризуется беспорядочным переплетением тонких волокон, поочередно погасающих и просветляющихся при повороте столика.
в). Ориентированная - наличие агрегатов частиц со строго одинаковой оптической ориентировкой, которая благодаря этому выглядят в скрещенных николях как единый кристалл. При вращении столика, значительные его участки будут гаснуть или просветляться.
Разновидности глинистых пород.
Каолинитовые глины.
Образуются в результате выветривания алюмосиликатов при образовании кор выветривания и в частности за счет полевых шпатов. Важным условием образования являются воды богатые гумусом. Первоначально образовавшиеся продукты кроме каолинита содержат значительные количество устойчивых реликтовых минералов коренных пород - кварца, мусковита и др. В результате размыва коры выветривания и дифференциации осадочного материала в процессе переноса образуются переотложенные каолинитовые глины более однородные, обогащенные тонкодисперсной фракцией (до 80% фр. мельче 0,001мм). Они характерны для континентальных угленосных отложений. Морская щелочная среда неблагоприятна для сохранения каолинита и поэтому до настоящего времени не найдено каолинитов морского генезиса.
Главные типы пород каолинитовых глин – первичные, вторичные каолины, и каолинитовые глины (сухарные породы, пластичные огнеупорные глины).