Средний химический состав отдельных типов песчаных пород, мас.%

Оксид	Аркозы (по Ф. Петтиджону, 1957)	Граувакки (по Ф. Петтиджону, 1957)	Кварцево-полевошпатовые пески (по Ф.Кларку, 1924)	Кварцевые пески (по Д. Гринсмиту, 1981)
SiO2	76,37	64,70	78,66	96,0
TiO2	0,41	0,50	0,25	0,0
Al2O3	10,63	14,80	4,78	0,8
Fe2O3	2,12	1,50	1,08	0,3
FeO	1,22	3,90	0,30	0,2
MgO	0,23	2,20	1,17	0,04
CaO	1,30	3,10	5,52	1,6
MnO	0,25	0,10	Сл.	0,0
K2O	4,99	1,90	1,32	0,1
Na2O	1,84	3,10	0,45	0,1
ППП	0,83	0,70	1,64	Н2О+СО2=1,4
Сумма	100,19	96,5	95,17	100,54

Описание основных типов песчаных пород. Морские пески (песчаники) отличаются хорошей сортировкой частиц по крупности, высокой степенью окатанности зерен, присутствием диагональной слоистости прибрежно-морского типа, волноприбойных знаков и других характерных текстурных признаков. Они образуются в мелководной области шельфа, на литорали и сублиторали, реже – в глубоководных обстановках (подводные русла, морские течения). Часто содержат морскую фауну и растительный детрит, вынесенный с континента. Характерными минеральными компонентами являются глауконит, железистые хлориты. В толщах морских песчаников могут присутствовать конкреции фосфоритов. Типично широкое площадное распространение и значительная мощность пластов морских песчаников.

Озерные пески (песчаники) по многим особенностям аналогичны морским. Они отличаются составом фауны, небольшим площадным распространением и мощностью, присутствием в разрезах других озерных осадков, особенно озерных глин. Для озерных песков также характерны диагональная слоистость, но с меньшими мощностями пачек и слоев, примесь глинистых частиц.

У речных песков и песчаников не столь высокая сортировка обломочных частиц по крупности, как у морских. Зерна здесь имеют более низкую степень окатанности. Отмечается диагональная (речная) слоистость песчаных серий в русловых осадках, перекрестная косая слоистость в осадках прирусловых валов и косоволнистая – для пойменных песков.

Флювиогляциальные пески (песчаники) образуются в результате перемыва талыми водами оттаявшего ледника моренных отложений. Они являются переходными между ледниковыми и аллювиальными отложениями. Их отличают примесь крупнообломочного материала (гравия и мелкой гальки), наличие диагональной слоистости потокового и речного типа.

Эоловые пески и песчаники характерны для территорий пустынь и полупустынь, отличаются хорошей сортированностью зерен по крупности, окатанностью и матовой (отполированной) поверхностью частиц. Присутствует диагональная слоистость эолового типа, но практически полностью отсутствуют органические остатки.

Кварцевые пески и песчаники сложены на 95% и более зернами кварца, остальную долю составляют обычно полевые шпаты и редкие глинистые и тяжелые устойчивые минералы. Зерна кварца нередко отличаются высокой степенью сортировки по крупности, прекрасно окатаны и имеют овальную или шароообразную форму. Толщи кварцевых песков и песчаников в разрезах выделяются благодаря белой окраске. Кварцитовидные песчаники, кварцитопесчаники и песчаникокварциты обычно сцементированы вторичным кварцем.

Олигомиктовые песчаники характеризуются преобладанием зерен кварца хорошей или средней степени окатанности при умеренном (5-25%) содержании других минералов (полевых шпатов, глинистых и тяжелых минералов), а также обломков пород. Цемент большей частью железистый или карбонатный, реже кремниевый. Окраска их довольно разнообразная – красновато-бурая, серовато-зеленая, серовато-голубоватая и т.д.

Граувакки представляют собой наиболее сложные по вещественному составу песчаные породы. Данный термин разными геологами трактуется неодинаково. Многие из них относят к грауваккам песчаники, сложенные обломками пород, кварцем и полевыми шпатами, другие – хлоритами, слюдами и глинистыми минералами, третьи – обломками метаморфических пород. Толщи граувакков обычно ассоциируют с эффузивными и вулканогенно-осадочными образованиями, имеют ритмичное строение, нередко градационный тип слоистости. Типична слабая окатанность обломочного материала и разнообразие его морфологии.

Пример описания

Песчаник граувакковый, окрашен в тёмно-серый цвет со слабым зеленоватым оттенком, крупно-среднезернистый (с размером зёрен от 0,3 до 1,0 мм), алевритистый (примесь алевритовых частиц не превышает 5%), среднесортированный, состоит из полуокатанных и угловатых обломков метаморфических и осадочных пород, с глинисто-карбонатным цементом ти­па заполнения пор.

Аркозы отличаются от других типов песчаников повышенным (более 25%) содержанием полевых шпатов. Они окрашены в светло-коричневый или серый цвет, по внешнему виду часто напоминают граниты. Отличаются плохой сортировкой зерен по размеру, неокатанностью и угловатостью. Цементом в аркозовых песчаниках обычно являются карбонаты или гидроксиды железа. Образуются за счет отложения продуктов разрушения кислых изверженных пород.

Распространение. Песчаные породы являются одним из самых распространенных типов пород в составе осадочной оболочки Земли. Они широко представлены на территориях континентов и в прибрежной части морей и океанов, являются обычной составной частью разрезов пород многих терригенных формаций: угленосных, молассовых, флишевых, кварцево-песчаных и др.

Применение. Пески находят применение в качестве стройматериалов, формовочного и стекольного сырья, при производстве фарфора, фаянса и др. В частности, высокие требования предъявляются к кварцевым пескам, используемым для изготовления оптического стекла. В их составе содержание кремнезема не должно быть ниже 99,8%, а оксида железа – не более 0,012%. При оценке качества формовочного песка учитывают содержание кремнезема, гранулометрический состав, газопроницаемость и огнеупорность. При производстве бетона употребляются разнозернистые пески с незначительным содержанием алевритовых и глинистых частиц, а также органического вещества. С прибрежно-морскими мелкозернистыми песками связаны россыпные месторождения титано-циркониевых минералов.

Песчаники являются обычным строительным камнем, используются для производства щебенки, мощения дорог, как бутовый камень и т.д. Крепкие песчаники с прочным кремнистым цементом применяют для изготовления огнеупорного кирпича – динаса; глауконитовые пески – для извлечения глауконита, который в фильтрах является адсорбентом для смягчения воды, сырьем для изготовления зеленой краски и удобрений, а также используется для определения абсолютного возраста пород К/Ar методом. Кварцевые песчаники иногда используют как флюс в металлургии, т.е. как вещество для удаления вредных примесей из расплавленного металла.

Песчаные породы часто представляют собой хорошие нефтяные и нефтегазовые коллекторы благодаря их значительной пористости и проницаемости. К ним приурочены наиболее водонасыщенные водоносные горизонты.

Особым типом месторождений являются медистые песчаники. Медная минерализация в них, представленная сульфидами меди, образуется на стадии диагенеза под влиянием обогащенных медью водных растворов, циркулирующих в песчаных толщах. Характерными минералами являются пирит, халькопирит, халькозин, борнит. Образование медистых песчаников приурочено к древним речным руслам, чему способствует хорошая проницаемость выполнявших их песчаных осадков.

Месторождения. Крупные месторождения песков приурочены к неоген-палеогеновым толщам территорий Украины, Европейской части России, Западной Сибири, четвертичным ледниковым отложениям Севера России, триасовым, юрским и меловым отложениям. Песчаники известны в пермских, каменноугольных и девонских толщах. Современные россыпи титано-циркониевых песков приурочены к побережьям Индийского, Тихого и Атлантического океанов (Индия, Малайзия, Индонезия, Шри-Ланка, Мадагаскар и др.). Аналогичные месторождения имеются в неогеновых песках Украины, Западной Сибири, юрских и меловых песках Европейской части России.

В некоторых районах (например, мезозойские породы штата Колорадо, США) в песчаниках, выполняющих палеорусла, отмечена урановая минерализация.

Алевритовые породы. В природе представлены илами, лессами, алевролитами и алевролитовыми сланцами (сцементированные разности). По многим признаками они похожи на песчаные.

Минеральный состав алевритовых пород включает аллотигенные и аутигенные компоненты. Обычными аллотигенными составляющими алевролитов являются кварц, полевые шпаты, слюды и глауконит. Среди аутигенных новообразований, слагающих цемент породы, могут присутствовать глинистые, карбонатные, фосфатные, сульфатные минералы, оксиды и гидроксиды железа, хлориты, цеолиты, минералы семейства кремнезема (кварц, халцедон, опал и др.).

По минеральному составу алевритовые породы, как и песчаные, делятся на мономинеральные, олигомиктовые и полиминеральные (см. рис. 1). Важным отличием их от аналогичных песчаных пород является полное отсутствие обломков пород и соответственно граувакковых алевритов (алевролитов).

Текстуры алевритовых пород массивные и тонкослоистые (горизонтально-слоистые, волнисто-слоистые, косо- и диагонально-слоистые).

Структура алевритовых пород нередко алевропсаммитовая или алевро-пелитовая. При описании цемента часто выделяют микрослоистые и ориентированные структуры, обусловленные параллельным расположением чешуек слюдистых и глинистых минералов.

Генезис алевритовых осадков имеет определенные особенности, связанные с небольшими размерами обломочных зерен. Их осаждение возможно только в условиях малой активности водного (озерные и морские бассейны, пойменные речные обстановки, дельты, эстуарии) или воздушного потока (эоловый перенос).

Описание основных типов алевритовых пород. Широкое распространение лессов в степных и полупустынных зонах привлекло к нему большое внимание литологов. Лессы отличаются желтовато-серой или буровато-серой окраской, состоят из частиц размером 0,05-0,005 мм и хорошо держатся в куске. В обнажениях лесс обладает столбчатой отдельностью и образует вертикальные откосы. Обладает очень высокой пористостью (более 50%). При увлажнении грунтовыми или поверхностными водами дает значительные просадки из-за уменьшения объема. Большинство ученых считает, что лессовые породы образовались в результате ветрового переноса пылеватых частиц (пылевых бурь), вынесенных из соседних пустынь. Лесс широко распространен на территориях Китая, Средней Азии, Украины, Предкавказья, Средней Европы.

К лессовидным породам относят суглинки и супеси, имеющие еще более широкое распространение. В суглинках наряду с преобладающими алевритовыми частицами в заметном количестве присутствуют и глинистые, а в супесях – мелкопесчаные. Они слагают пойменные фации в речных долинах, делювиальные и пролювиальные толщи и др.

Алевролиты широко распространены в разрезах палеозойских пород, реже присутствуют в составе мезозойских толщ. Отличаются разнообразной окраской (серая, бурая, красная, зеленоватая, пестрая и т.д.), тонкой слоистостью, часто раскалываются на плитки (алевролитовые сланцы).

Практическое применение лессовых пород связано с изготовлением кирпича и самана. Алевролиты с прочным цементом применяют как камень для мощения дорог и строительства зданий. Среди меденосных пород известны медистые алевролиты.

Вопросы для самопроверки

1. Какие существуют виды алевролитов и песчаников по составу?

2. Какой компонент преобладает в химическом составе алевролитов и песчаников?

3. По каким признакам аркозы отличаются от граувакков?

4. Какие структуры характерны для песчаников и алевролитов?

5. Назовите основные генетические типы песчаников и алевролитов.

6. Где используются пески и песчаники?

7. В чем своеобразие медистых песчаников?

8. Что характерно для лёссов?

Глинистые породы существенно отличаются от предыдущих подгрупп обломочных образований по ряду признаков:

1. основную часть глинистых пород (более 50%) составляет семейство глинистых минералов из групп каолинита, гидрослюд, монтмориллонита и других, имеющих весьма сложную слоистую структуру, химический состав и, отличающихся чрезвычайной тонкодисперсностью; эти минералы образуются, в основном, при химическом выветривании первичных пород;

2. перенос основной массы глинистых частиц осуществляется водными потоками в виде коллоидных растворов; таким образом, генезис глинистых осадков преимущественно хемогенный;

3. по физико-механическим свойствам частицы глинистых минералов резко отличаются от минеральных зёрен обломочных пород, поэтому глинистые породы обладают разнообразными специфическими свойствами: ионообменными, пластичностью, спекаемостью и др.;

4. значительная часть вещества глинистых осадков находится в аморфном состоянии;

5. изучение состава глинистых пород требует применения разнообразных методов исследования (рентгеноструктурного, электронно-микроскопического, химического, гранулометрического, спектрального, термического и других сложных видов анализа).

В связи с этими особенностями глинистые породы выделяются в отдельную группу осадочных образований, которая будет рассмотрена ниже.

Обломочные породы смешанного состава. В природе широко распространены обломочные породы смешанного состава, представляющие смесь обломочных частиц разной крупности. Среди них можно выделить две группы:

1) смешанные породы одного структурного подразделения (например, средне-мелкозернистые пески); такие разности выделяют в том случае, когда доля частиц одного структурного подразделения (например, среднезернистого песка) не превышает 60%;

2) смешанные образования, состоящие из обломков разных структурных подразделений.

Вторая группа смешанных образований представлена большим разнообразием осадков с различными сочетаниями частиц разной крупности и может быть разделена на две основные подгруппы:

• песчано-галечно-валунные;

• песчано-алеврито-глинистые.

Песчано-галечно-валунные осадки и соответствующие им типы осадочных пород (галечные конгломераты, валунные конгломераты) широко представлены в составе молассовых формаций, в осадках горных рек, на побережьях морей и океанов. Для них характерны отсутствие сортировки обломочных частиц по крупности, обычно бимодальная кривая распределения обломков по крупности, полиминеральный состав, линзовидное строение. В предгорьях обычно валуны исчезают, а на равнинах в руслах рек отлагаются уже галечно-песчаные осадки с отчетливо выраженным дефицитом гравийных зерен крупностью от 5 до 1 мм. Этот дефицит формируется постепенно в результате механического дробления частиц такого размера, обычно в виде сростков минеральных зерен, при переносе в водном потоке.

Песчано-алеврито-глинистые осадки широко распространены на равнинных территориях, это, прежде всего, относится к супесям и суглинкам. Существует несколько вариантов классификаций песчано-алеврито-глинистых пород, в основу которых положено соотношение этих трех составных частей осадка (рис. 2).

Переходные типы пород. К переходным типам относятся осадки и породы, в составе которых наряду с обломочными частицами присутствуют в заметном количестве компоненты, характерные для других типов осадочных пород. Наиболее распространены две группы переходных типов пород (с участием глинистых минералов):

• (глинисто)-карбонатно-обломочные,

• (глинисто)-углисто-обломочные.

(Глинисто)-карбонатно-обломочные осадки и породы представлены известковыми глинами, алевритами, аргиллитами, песками и песчаниками, содержащими свыше 50% обломочного материала, и глинистыми, алевритовыми и песчаными известняками и доломитами, содержащими более 50% карбонатного материала (табл. 3). Первые представляют собой смесь обломочных частиц с карбонатным веществом или скелетами известкового состава (осадки) или обломочную породу с карбонатным цементом. Вторые являются хемогенными или биогенными скоплениями карбонатного материала с примесью обломочных частиц. Наибольшее практическое значение среди них имеют глинистые известняки – мергели.

Рис. 2. Классификация смешанных песчано-алеврито-глинистых пород,

по Л.Б.Рухину (1969)

(Глинисто)-углисто-обломочные осадки и породы представлены углистыми глинами, аргиллитами, песками, песчаниками, глинистыми сланцами, алевритами и алевролитами, с одной стороны, и глинистыми, алевритовыми или песчаными углями – с другой (табл. 3).

Таблица 3