Глинистые горные породы
Среди осадочных пород преобладают глинистые. По данным
Ф. Д. Овчаренко [1973 г.], объем глинистых пород составляет
около 60% всех осадочных пород стратисферы. По А. Б. Ронову
[1976 г.], на платформах глинистые породы составляют 46,
а в геосинклиналях—38%. В пределах континентального сектора
стратисферы глинистые породы занимают % объема. Не менее
велика роль глинистых отложений в океаническом секторе
Земли.
Глины, аргиллиты и глинистые сланцы широко представлены
как в древнейших докембрийских, так и в новейших фанерозой-
ских отложениях. Соотношение глинистых пород с песчаными и
карбонатными оценивается как 59:21 :20 соответственно.
Глинистые породы занимают промежуточное положение
между обломочными и химическими. Вещество глинистых по-
род очень сложно и полигенетично по своему происхождению.
Это смесь материала, образовавшегося на суше в корах вывет-
ривания и почвах и снесенного в бассейны седиментации, и ми-
нералов, возникших при раскристаллизации коллоидов и осаж-
денных из истинных растворов в бассейнах седиментации. Зна-
чительная часть глинистых минералов может возникать путем
трансформации глинистых и неглинистых алюмосиликатов
в процессе диагенеза осадков и последующих изменений оса-
дочных пород.
Таким образом, в глинистых отложениях имеются терриген-
ные — обломочные и аутигенные—компоненты и, следовательно,
терригенные — обломочные и аутигенные — глины и глинистые
породы, выделяемые на основе явного преобладания того или
иного компонента.
По современным представлениям, в осадках Мирового оке-
ана преобладают терригенные глины. Аутигенные глины зани-
мают подчиненное место — это главным образом цеолит-монт-
мориллонитовая разновидность красных глубоководных глин
и некоторые др.
По определению М. В. Викуловой [1957 г.], глинистыми назы-
вают породы, содержащие более 50% частиц диаметром менее
0,01 мм. Однако частицы размером 0,01—0,005 мм относятся
к алевритовым и не являются глинистыми, как в физическом
смысле, так и в минералогическом. Поэтому к глинистым сле-
дует относить породы с содержанием глинистых частиц (<0,005
мм) более 50%. Однако в грунтоведении и инженерной геоло-
87
гии к глинам относят породы с содержанием глинистых частиц
больше 30%. Для глин делается это исключение в связи с тем,
что при содержании глинистых частиц более 30% порода при-
обретает свойства глины: влагоемкость, пластичность, способ-
ность разбухать и т. п.
Глинистые породы подразделяются на две большие группы:
связные — глины — и сцементированные и метаморфизован-
ные — аргиллиты, сланцеватые аргиллиты, глинистые, аспидные
и филлитоподобные сланцы.
По обстановкам осадконакопления (по генезису) выделяют
глины морские и континентальные: озерные, ледниковые (флю-
виогляциальные), аллювиальные, делювиальные, лагунно-за-
ливные глины и глины коры выветривания (первичные каолины,
монтмориллюнитовые и др.).
По минеральному составу различают мономинеральные (као-
линитовые, гидрослюдистые, монтмориллонитовые, палыгорски-
товые, хлоритовые), олигомиктовые (состоящие обычно из смеси
двух минералов) и полиминеральные глины и глинистые по-
роды, состоящие из смеси нескольких минералов [Логви-
ненко Н. В., 1974]. Глинистые породы и осадки характеризуются
следующими особенностями.
1. Слагающие их частицы имеют, как правило, малые раз-
меры, при этом важной особенностью глинистых минералов яв-
ляется ярко выраженное различие размеров частиц в разных
направлениях.
2. Глинистые породы характеризуются своеобразием состава,
т. е. обязательным присутствием в них глинистых минералов:
каолинита, гидрослюд, монтмориллонита и др. Кроме того, во
всех фракциях глин могут присутствовать неглинистыс мине-
ралы: карбонаты (кальцит, сидерит, доломит), сульфаты (гипс,
ангидрит, барит, целестин, ярозит, алунит), фосфаты (вивиа-
нит), сульфиды железа (пирит, марказит), окислы марганца,
хлориды. Обычно в глинистых породах имеется примесь кварца
и полевого шпата.
3. Глины способны давать с водой пастообразные массы раз-
личной консистенции, способные формоваться, сохранять форму
и при обжиге приобретать каменистую прочность, что исполь-
зуется в керамической промышленности.
4. Во всех глинистых породах преобладает SiO2, составляю-
щий от 45—50 до 75—80%. Содержание Al2O3 в пределах 15—
20, в редких случаях возрастает до 35—38 или понижается до
8—10%. Окислы железа редко составляют 2—4% *. Примесь
TiO2 не превышает, как правило, 1,5—2%· Окислы щелочных
металлов в большинстве случаев составляют около 2—4, дости-
гая иногда 6—8%. Значительно шире диапазон колебаний со-
держания CaO и MgO: от следов и малых долей процента до
* В красных глубоководных глинах океана обычно больше железа.
88
7—8%. Прочие примеси (MnO, Cr2O3, P2O5 и др.) составляют,
как правило, доли процента.
Характеризуя глинистые породы как существенно состоя-
щие из глинистых минералов, необходимо остановиться на более
подробной характеристике последних.
Относясь к группе водных алюмосиликатов, глинистые мине-
ралы отличаются от других минералов этого класса: а) высокой
дисперсностью, б) гидрофильностью, в) способностью к сорб-
ции и ионному обмену. Глинистые минералы являются активной
составной частью дисперсных горных пород. Даже небольшие
содержания их влияют на такие свойства пород, как гидрофиль-
ность, прочность, водопроницаемость, пластичность, набухание.
Имея слоистую или ленточно-слоистую структуру кристал-
лической решетки, глинистые минералы приобретают особые
свойства по сравнению с другими. Никакие другие минералы,
имеющие размер <0,01 или <0,001 мм, не способны удержи-
вать в достаточном количестве воду при увлажнении, давать
пластичное тесто и формоваться, поглощать катионы и обмени-
ваться ими с окружающей средой.
В литературе имеется значительное число классификаций
глинистых минералов, построенных на кристаллохимической ос-
нове. Однако единой классификации глинистых минералов и
номенклатуры отдельных минералов и их групп пока не сущест-
вует. Поэтому глинистые минералы можно охарактеризовать,
сведя их в несколько больших групп (табл. 24).
Согласно современным представлениям слоистая структура
кристаллической решетки глинистых минералов представляет
собой чередование двухмерных слоев (сеток) кремнекислород-
ных тетраэдров и алюмогидроксильных октаэдров, сочетаю-
щихся в основном в виде двух- или трехслойных пакетов или
в других вариантах. Кремнекислородные слои имеют состав
Si4O10 (рис. 24). Кремнекислородные тетраэдры сгруппированы
таким образом, что создают гексагональную сетку, которая бес-
конечно повторяется в плоскости. Тетраэдры расположены так,
что все их вершины обращены в одну сторону, а основания ле-
жат в одной плоскости.
Вторая структурная единица состоит из двух слоев плотно
упакованных атомов кислорода или гидроксилов, в которых
атомы алюминия, железа и магния расположены в октаэдриче-
ской координации таким образом, что каждый из них находится
на равном расстояни от шести атомов кислорода или гидро-
ксилов (рис. 25). ·
Сочетание тетраэдрических и октаэдрических сеток положено
в основу структурных классификаций глинистых минералов.
Так, к двухслойным (двухэтажным) минералам относится
группа каолинита с отношением тетраэдрических слоев к окта-
эдрнческим 1 : 1 и базальным расстоянием 0,7 нм (рис. 26, 27),
к трехслойным (трехэтажным) —группа монтмориллонита и
гидрослюд с отношением тетраэдрических и октаэдрических