ЛЕКЦИИ ЛИТОЛОГИЯ

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Р.А. Щеколдин Литология. Конспект лекций

содержащие более 95% SiO2, кроме того, употребляются в огнеупорной промышленности для производства динаса и в черной металлургии в качестве флюса.

Песчаные породы, обладая, как правило, значительной пористостью, часто являются коллекторами нефти, газа и подземных вод.

Ал еврит ов ые п оро д ы

О б щи е с ве де ни я

Алевритами называются рыхлые породы, а алевролитами – сцементированные алевриты. И те, и другие подразделяются на крупнозернистые (0,05—0,01 мм) и

мелкозернистые (0,01— 0,001 мм).

Алевриты, содержащие небольшую примесь глинистых частиц, по свойствам и внешнему виду близки к пескам. С водой они легко образуют текучую массу —

«плывун». Алевритовые частицы отличаются значительно меньшей окатанностью по сравнению с песчаными.

Минеральный и химичес кий с остав

Минеральный состав весьма разнообразный. Часто встречаются полимиктовые разновидности. По данным Л.В. Пустовалова, пестроцветные алевролиты верхней перми Приуралья сложены многочисленными зернами эффузивов, метаморфизованных кремнистых пород, кварца, полевых шпатов, слюд, хлорита и других минералов.

Содержание тяжелой фракции достигает в этих породах 2—3% и более.

Минералогический состав других алевролитов характеризуется преобладанием зерен кварца, а среди тяжелых минералов — разновидностей, наиболее устойчивых против выветривания. В алевролитах, сформированных в непосредственной близости от области сноса за счет недолговременного переноса обломочного материала, количество

SiO2 сравнительно невелико, а среди щелочей Na2O преобладает над K2O. Обратное соотношение наблюдается в алевритовых породах, образованных за счет накопления материала, претерпевшего длительное переотложение. Алевролитовые породы в значительно большей степени мономинеральны по сравнению с песчаными, которые их вмещают или с ними переслаиваются.

29

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Р.А. Щеколдин

Литология. Конспект лекций

Те кст у ры

Многие алевритовые породы характеризуются тонкой горизонтальной слоистостью. Распространена также косая слоистость с незначительным наклоном,

образующая серии значительно меньшей мощности (по сравнению с песчаниками), а

также волнистая слойчатость.

Часто наблюдается облекающая слоистость. Углы падения при этом соответствуют уклону рельефа и бывают значительными.

П роис хожд ение и геологичес кое распред еление

Алевритовые породы пользуются очень широким распространением. Почти во всех песчано-глинистых толщах присутствуют прослойки алевритов. Образуются они в различных физико-географических условиях, чаще всего — на дне озерных и морских бассейнов, в зоне слабо подвижных вод, между областями накопления песчаных и глинистых отложений. Сравнительно часто встречаются в речных долинах, в

особенности среди пойменных отложений. Среди элювиальных, делювиальных и ледниковых (кроме флювиогляциальных) отложений алевритовые породы редки. К

алевритовым отложениям относится широко распространенная специфическая порода

(главным образом четвертичного возраста) – лёсс, образующаяся в континентальных обстановках.

Вопросы для самопроверки.

1.Как подразделяются песчаные и алевритовые породы по размеру зерен?

2.Как подразделяются песчаные породы по минералогическому составу?

3.Какие типы цемента песчаных пород выделяются?

4.Каково происхождение песчаных и алевритовых пород?

5.Каково практическое значение песчаных и алевритовых пород?

30

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Р.А. Щеколдин

Литология. Конспект лекций

Л е к ц и я 5 ( 2 ч а с а ) .

Г Л И Н И С Т Ы Е П О Р О Д Ы

Об щая хар акт е рист ика г лини ст ы х п оро д

Глинистые породы занимают промежуточное положение между типичными обломочными и химическими породами. Образование их связано с химическим разрушением пород, но они не могут быть отнесены к химическим осадкам, так как глинистые минералы не выпадают из растворов.

К глинистым породам относятся породы, состоящие более чем на 50% из частиц менее 0,001 мм. Однако главное условие принадлежности пород к классу глинистых – не размер частиц, а их состав. Технически можно измельчить любые минералы до пелитовой размерности, но при этом получится порошок, не имеющий главного свойства глины: пластичности при размокании.

Главными породообразующими минералами их являются силикаты и алюмосиликаты («глинистые минералы») с размерами индивидуальных частиц менее

0,001 мм (исключение – каолинит, который может образовывать и более крупные пластины). Образованная ими структура именуется пелитовой (от греч. pelos — глина).

Глинистые породы характеризуются полиминеральностью и высокой дисперсностью.

По степени уплотнения глинистые породы образуют ряд: глины → уплотненные глины → аргиллиты → сланцеватые аргиллиты → глинистые сланцы.

Глины и уплотненные глины обладают пластичностью и обменными свойствами. Пластичность глин вызвана способностью глинистых минералов адсорбировать воду. Обменная способность глин позволяет им удерживать наряду с молекулами воды анионы и катионы. Макроскопически многие глины представляют собой землистые массы, часто жирные на ощупь. Цвет глинистых пород связан с окраской породообразующих минералов и минеральных и органических примесей.

Цвет пород белый, серый, темносерый до черного (с примесью битуминозного или углистого вещества), зеленовато-серый, различных оттенков желтого, красного и коричневого цветов

31

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Р.А. Щеколдин

Литология. Конспект лекций

Излом глин — гладкий, раковистый, землистый, при наличии алевритовых и песчаных примесей — неровный и шероховатый. Излом аргиллитов — оскольчатый,

шероховатый, занозистый. Отдельность глинистых пород часто бывает связана со слоистостью. Слоистые глины (при высыхании) и аргиллиты обладают плитчатой отдельностью, неслоистые – комковатой, угловатой, скорлуповатой.

Минера ль ный и хи мич е ский со ст а в

Вглинах распространены минералы группы каолинита, гидрослюд,

монтмориллонита, хлорита, пирофиллита, вермикулита, палыгорскита и сепиолита, а

также смешаннослойные образования. Могут присутствовать аморфные силикаты

(аллофаноиды), кристаллические и аморфные окислы и гидроокислы кремния (кварц,

кристобалит, опал), окислы и гидроокислы железа, марганца и алюминия, карбонаты,

сульфаты, фосфаты, галоиды, каркасные силикаты (цеолиты, полевые шпаты) и др.

Аллотигенная примесь в глинистых породах может быть представлена обломочными зернами кварца, щелочных полевых шпатов, пластинками мусковита и хлорита,

устойчивыми акцессорными минералами, обломками горных пород, причем количество обломочных зерен уменьшается с уменьшением размера частиц. Органический материал глинистых пород – это обломки растительных частиц или рассеянное и сконцентрированное (линзы, прослои и т. п.) органическое вещество.

Кристаллические глинистые минералы подразделяются на несколько групп,

среди которых главную роль играет каолинит, монтмориллонит и минералы гидрослюдистой группы. Меньшим распространением пользуются минералы хлоритовой группы.

Входящие в их состав элементы образуют слои, которые можно рассматривать как плотнейшую упаковку ионов кислорода и гидроксила. Меньшие по размеру катионы располагаются в тетраэдрических и октаэдрических пустотах между анионами, образующими плотнейшую упаковку. Тетраэдрические слои

(кремнекислородные или алюмокремнекислородные) чередуются с октаэдрическими

(содержащими Mg, Al, Fe и др.). Эти слои образуют двухслойные и трехслойные пакеты. Двухслойный пакет состоит из тетраэдрического и октаэдрического слоев.

Трехслойный состоит из двух тетраэдрических и одного, расположенного между ними,

32

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Р.А. Щеколдин

Литология. Конспект лекций

октаэдрического слоя. Связь между ними осуществляется через общие ионы кислорода,

расположенные в вершинах тетраэдров и октаэдров.

Двухслойные пакеты образуют структуры минералов каолинитовой группы;

трехслойные – структуры монтмориллонитовой, вермикулитовой и гидрослюдистой групп; пакеты из однослойных и двухслойных структур – минералы хлоритовой группы.

а

б

Рис. . Схема строения тетраэдрического (а) и октаэдрического (б) слоев в структуре слоистых силикатов.

Рис. . Двухслойный пакет слоистых силикатов

33

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Р.А. Щеколдин

Литология. Конспект лекций

Псаммопелитовая — отличается присутствием, кроме алевритовых, также и песчаных частиц. Наблюдается часто в тугоплавких и строительных глинах.

Фитопелитовая – типична для темноокрашенных глин, богатых органическим веществом. Присутствуют остатки растений или их обрывки, а также рассеянные коллоидные органические вещества.

Конгломератовидная и брекчиевидная – образуются или в результате местного размыва глинистых отложений и цементации возникших обломков глинистым же веществом или во время диагенеза.

Оолитовая структура – в глинистой массе присутствуют оолиты, сложенные глинистыми минералами, окислами железа, тонкодисперсным органическим веществом, хлоритами и другими минералами.

Сферолитовая – возникает в глинистых породах благодаря появлению в них при окаменении сферолитов, обычно кальцита или сидерита.

Реликтовая – в породе видны контуры частиц, за счет изменения которых образовались глинистые минералы.

Прои с хо жд ени е и ге ол оги че ско е р ас прост ран е ни е

Общее содержание глинистых пород в земной коре оценивается в 81% (Г. Гаррелс, Ф. Маккензи, 1972 г.). Глинистые породы составляют 65% всех осадочных пород фанерозоя.

Гидрослюдистые глины широко распространены в континентальных и морских отложениях различного возраста. Гидрослюды устойчивы при разных физико-

химических условиях среды отложения. Они наиболее типичны для областей с холодным или умеренно-теплым климатом.

Каолинитовые породы типичны для разнообразных континентальных отложений и не встречаются среди морских осадочных пород. Они возникали при влажном тропическом и субтропическом климате в условиях суши с выравненным рельефом.

35

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Р.А. Щеколдин

Литология. Конспект лекций

Смешанные каолинит-гидрослюдистые и гидрослюдисто-каолинитовые глины образовывались чаще в умеренно-теплом влажном климате.

Монтмориллонитовые глины в большинстве случаев являются продуктами подводного преобразования вулканического пепла в морских условиях, однако возникают и на суше в коре выветривания основных пород, и за счет ее переотложения.

Бейделлитовые глины часто присутствуют в морских отложениях, образуясь за счет глубокого преобразования гидрослюд.

Нонтронитовые глины характерны лишь для коры выветривания основных изверженных пород.

Ген ет ич е ски е т ипы пор од

Элювиальные глинистые породы образуются в стадию гипергенеза. Это образования древних и современных кор выветривания, современных и ископаемых почв, а также глины, связанные с карстом. Характер элювиальных глин зависит от климата и состава материнских пород.

В гумидном климате при выветривании гранитоидных пород формируются каолинитовые глины, а при выветривании основных и ультраосновных пород – хлорит-

монтмориллонитовые глины. В корах выветривания терригенных пород обычно формируются гидрослюды и смешаннослойные образования,

В континентальных условиях формируются глины ледниковые, эоловые,

пролювиальные, делювиальные, речные, болотные, озерные. Глины континентальных отложений имеют полиминеральный состав, который определяется материалом областей сноса. В гумидных условиях в глинистом материале обязательно будет каолинит. Глины лагун и озер с повышенной соленостью (аридный литогенез) –

монтмориллонитовые с примесью магнезиальных силикатов. Лагунно-озерные глины гумидного литогенеза – каолинитовые.

В морских отложениях состав глинистых осадков определяется сносом с континента, подводной и прибрежной вулканической деятельностью и процессами постседиментационной переработки. В приконтинентальной части морей и океанов глины отражают состав взвесей, поступающих с прилегающего континента.

36

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Р.А. Щеколдин

Литология. Конспект лекций

В центральной части океана происходит формирование монтмориллонита и цеолитов в красной глубоководной глине. Ископаемые глинистые морские отложения обычно сложены гидрослюдой, хлоритом, каолинитом и монтмориллонитом в различных соотношениях.

Практ и ч еск ое прим ен ени е гл ини ст ы х пор од

Каолины и каолинитовые глины используются в керамической (фарфоро-

фаянсовой), огнеупорной, бумажной, резиновой, мыловаренной, косметической и других отраслях промышленности.

Каолин является основной составной частью массы, употребляемой для приготовления фарфора. Фаянсовая масса отличается от фарфоровой увеличенным содержанием глины, худшим ее качеством (дает при обжиге не такой белый черепок) и

большей пористостью изделий. Основное требование керамической промышленности к каолинам – ограниченное содержание в них красящих окислов (железа, титана и хрома), которое не должно превышать 1,5%.

Каолинитовые глины, применяющиеся в огнеупорной промышленности,

должны обладать огнеупорностью не ниже 1580°. Вредные примеси: известь,

органические вещества, железо, особенно в виде сульфидов, щелочи и окись титана.

Бумажная промышленность – главный потребитель каолина. Он используется как наполнитель в количестве 20—40% от общего объема бумажной массы. Каолин придает бумаге более гладкую поверхность, повышает ее плотность и просвечиваемость.

Среди монтмориллонитовых глин широкое применение в промышленности получили флоридины и бентониты. Флоридины обладают в естественном состоянии повышенной способностью адсорбировать красящие вещества и примеси из органических и минеральных веществ. Флоридины применяются главным образом в нефтяной промышленности для очистки различных нефтепродуктов. Некоторые виды монтмориллонитовых глин используются в жировой и пищевой промышленности для очистки растительных масел и животных жиров, уксуса, вин и фруктовых соков.

37

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Р.А. Щеколдин

Литология. Конспект лекций

Бентонитовые глины употребляются для приготовления глинистых растворов,

используемых при бурении. Благодаря высоким связующим свойствам бентониты употребляются в качестве формовочных глин.

Гидрослюдистые глины и глины смешанного состава обычно являются неогнеупорными и могут применяться для изготовления грубой керамики

(строительный кирпич, черепица и пр.). Гидрослюдистые глины используются в цементной промышленности. Они не должны содержать крупных песчаных зерен.

Нью-йоркская компания NaturalNano разработала метод извлечения нанотрубок из глины и нашла массу способов применения глинистому минералу галлуазиту. Он может рассматриваться как природная альтернатива искусственно созданным углеродным нанотрубкам. Если нанотрубки галлуазита (диаметром 40-200 нанометров и длиной один микрон) заполнять, к примеру, медью и затем «замешать» трубки в полимер, то можно сделать проводящую электричество пластмассу.

Кроме того, частицы галлуазита можно добавить в краску, которая будет лучше сопротивляться плесени.

Вопросы для самопроверки.

1.Какие породы относятся к группе глинистых?

2.Как образуются глинистые минералы?

3.Какие минералы относятся к группе глинистых?

4.Каковы особенности кристаллической структуры глинистых минералов?

5.Каковы типичные структуры и текстуры глинистых пород?

6.Каково происхождение глинистых пород?

7.Каково практическое значение глинистых пород?

38