Формы залегания осадочных пород. Тектонические дислокации. Классификация осадочных горных пород

Осадочные горные породы представляют собой относительно трудный объект для изучения, распознавания о. г. п. друг от друга в силу зачастую слабой выраженности особенностей состава и строения той или иной о. г. п. и большой схожести их между собой. Для некоторых типов о. г. п. затруднительно дать краткие описания, указать какие-либо определённые их свойства, которые позволили бы безошибочно отличать их друг от друга. Поэтому от изучающего требуется большая внимательность и тщательность при изучении о. г. п.

Терригенные (обломочные) о. г. п. образуются путём накопления после некоторого переноса механических частиц - обломков ранее существовавших минералов и горных пород, распавшихся на обломки в результате выветривания (главным образом физического) или при разрушительной деятельности воды, ветра, льда, морского прибоя.

Классификация терригенных о. г. п. строится исходя из: а) величины обломков; б) степени их окатанности; в) рыхлости или сцементированное™, и сводится к следующей таблице (табл. 1).

Таблица 1

Размер обломков (в мм)	Рыхлые ОГП		Сцементированные ОГП
Размер обломков (в мм)	неокатанные	окатанные	неокатанные	окатанные
100 и более			Глыбовая	Глыбовый конгломерат
		Галечник		Конгломерат
			Дресвяник	Гравелит
	Суглинок		Песчаник Алевролит (специальных терминов нет, используют «песчаник», «алевролит», «аргиллит»)

При рассмотрении таблицы обратите внимание на следующее.

Для сцементированных обломочных ОГП, в отличие от рыхлых, т. е. сыпучих в сухом состоянии (кроме глин, супесей и суглинков), важно наличие какого-либо вещества, заполняющего промежутки между обломками и играющего роль природного цемента. По составу этот цементирующий материал может быть карбонатным, глинистым, железистым. Часто в качестве цемента выступает более тонкий обломочный же материал, например конгломерат на песчаном (обязательно, конечно, с участием глины) цементе.
Окатанность обломков влияет на название породы в интервале от глыб-валунов до дресвы-гравия, т. е. в пределах, доступных для визуального (на глаз) определения степени окатанности обломков. В песках и песчаниках степень окатанности зёрен устанавливается уже только под микроскопом, поэтому нет различий в названиях этих пород с окатанными или неокатанными песчинками. Тем более это различие теряет смысл для алевритов-алевролитов, частички которых при переносе в силу мизерных размеров окатывания вообще не испытывают.
В таблицу внесены породы смешанного состава - супеси - смесь песчаных и алевритовых частиц с глинистыми при преобладании первых, суглинки - то же при преобладании вторых. По сути, эти породы рыхлые, но в силу склеивающего действия глинистых частиц они не сыпучие, как песок или алеврит.

Уплотнённые и сцементированные супеси и суглинки специальных названий не имеют и относятся визуально к тонкозернистым песчаникам, или алевролитам, или аргиллитам.

Глины примечательны своим свойством, отличающим их от всех остальных пород, - способностью неоднократно при намокании давать пластическую массу, а при высыхании твердеть. Связанность глин обусловлена тем, что силы слипания глинистых частиц гораздо сильнее, чем их тяжесть. Отнесение глин к обломочным породам в известной мере условна, т. к. глинистые частички обломками в полном смысле этого слова не являются. В общем случае они - результат химического выветривания, хотя есть данные, что морозное выветривание в состоянии чисто механически раздробить горные породы до частиц, по размерам сравнимым с глинистыми.
Аргиллиты - уплотнённые, потерявшие пластичность глины. Это тёмно-серые, серые, плотные, с раковистым изломом, очень тонкозернистые или без видимого зернистого строения породы.

У начинающих исследователей вызывает затруднения определение обломочных г. п. с размерами частиц менее 0,2...0,3 мм - мелкозернистых песчаников, алевролитов, супесей, суглинков, аргиллитов. Отличие супесей и суглинков от песков и алевролитов указано выше, от глин же они отличаются на ощупь - при растирании между пальцами или разжёвывании комочка породы чувствуется присутствие твёрдых песчано-алевритовых частиц. Глины же разминаются без ощущения присутствия в них твёрдых частиц.

Для отличия мелкозернистых песчаников, алевролитов и аргиллитов можно рекомендовать следующее простое, хотя и не очень строгое правило: если на глаз (или под лупой) можно определить размер зерен, то это песчаник; если видно, что порода зернистая, но размер зёрен определить нельзя, то это, скорее всего, алевролит; если же зернистости на сколе не видно, то это аргиллит.

Органогенные о. г. п. образуются в результате накопления остатков раковин, колониальных построек (типа коралловых рифов), минерализованных скелетов ранее существовавших организмов. К органогенным о. г. п. относятся также скопления самих организмов, образующих группу каустобиолитов. Приведенное понимание органогенных о. г. п. не охватывает всего их разнообразия, ибо существует большая группа пород, при образовании которых несомненную или даже главнейшую роль играли бактерии и другие микроорганизмы, создававшие условия, химическую среду, способствующую осадконакоплению. Речь идёт о некоторых железных рудах, известняках и других породах, но, к сожалению, явных следов участия организмов в образовании таких пород в них незаметно и воспринимаются они, во всяком случае, на глаз, как образовавшиеся чисто химическим путём.

Таким образом, отличительной особенностью органогенных пород является явное присутствие в породе большого количества самих организмов или остатков их жизнедеятельности.

Наиболее распространёнными являются органогенные известняки, состоящие из скоплений целых раковин или колониальных построек извсстьвыдсляющих морских организмов - моллюсков, пслсципод, брахиопод, кораллов, морских лилий и других. Не менее часто встречаются органогенно-обломочные (детритусовые) известняки, состоящие из обломков (результат действия волноприбоя - тех же раковин и колониальных построек). Смешанное хемогенно-органогенное происхождение имеет обыкновенный писчий мел, хотя видно это только под микроскопом.

Некоторые организмы в процессе своей жизнедеятельности выделяют не известь, а кремнезём. Наиболее распространённой ОГП в этой группе является диатомит, состоящий из скопления микроскопических раковинок водоросли диатомея.

Из каустобиолитов торф, бурый и каменный уголь хорошо известны и пояснений не требуют. Горючие сланцы, углистые сланцы, представляющие собой результат накопления алевритоглинистого материала вместе с растительными и животными остатками, внешне напоминают аргиллиты и глинистые сланцы, но отличаются черным цветом и явной примесью углистого вещества или запахом нефтепродуктов, сероводорода.

Хемогенные о.г.п. (табл. 2). Эти породы образуются путём выпадения вещества из истинных - соли (карбонаты, сульфаты, хлориды) и коллоидных - глины, кремнистые, железистые и марганцевые соединения - растворов. К хемогенным образованиям относятся также элювиальные глины коры выветривания. Отличительными признаками хемо- генных о. г. п. являются: отсутствие обломочной структуры, органических остатков, часто - кристаллическое или оолитовое строение.

Таблица 2

Группы по общему химическому составу

При рассмотрении таблицы, определении и описании хемогенных ОГП необходимо обратить внимание на следующее.

Для карбонатов, галоидов и сульфатов характерно кристаллическое строение. Даже очень тонкозернистые известняки узнаются по многочисленным точечным блёсткам граней кристалликов кальцита на свежем сколе породы. Цвет известняков преимущественно светлосерый, но и тёмно-серый и красно-бурый в зависимости от примесей глины, органического вещества, окислов железа.

Доломиты очень похожи на известняки. Иногда их можно отличить (если не прибегать к реакции с НС1, с которой доломиты, в отличие от известняков, не реагируют) по более зернистому, «сахаровидиому» свежему сколу и слабой желтовато-белёсой мучнистой (напоминает ссохшуюся муку) корочке на выветрелой поверхности.

Отнесение глин и аргиллитов к хемогенным породам столь же относительно, как и выше к обломочным. Явных, видимых на глаз, отличий между «обломочными» и «хемогенными» глинами нет. Белые каолиновые глины и красные латериты легко узнаются. Выше они рассматривались как продукты выветривания, но столь же правомерно рассматривать их как самостоятельные виды о. г. п. Буро-красные с оолитовым строением бокситы бывают элювиальные, карстовые и осадочные (переотложенные в прибрежных условиях латериты).
Мергель - порода промежуточная по составу между известняками и глинами. Внешне она походит на аргиллит, но обычно светлее и реагирует с НС1.
Силицилиты - яшмы и лидиты - отличаются явным кремнистым (отдалённо напоминающие опал) плотным афанитовым или очень тонкозернистым строением, раковистым изломом, острыми рёбрами сколов, заметной крепостью.
Яшмы - разноцветные; лидиты - чёрные, похожие на аргиллиты, но крепче их. Опоки и трепелы - светлые микро- и тонкозернистые, иногда землистые породы, состоящие из опала, часто микропористые, а потому лёгкие.
Оолитовые железные руды почти всегда в той или иной степени лимонитизированы, а потому легко узнаются по бурой окраске и оолитовому строению. Сидериты - также от светло- до тёмно-бурых, часто мелкоолитовые, но могут быть и сплошными, однородными.

Происхождение осадочных пород. Любая находящаяся на земной поверхности порода подвергается выветриванию, т. е. разрушительному воздействию воды, колебаний температур и т. д. В результате даже самые массивные, прочные магматические породы постепенно разрушаются, образуя обломки разных размеров и распадаясь до мельчайших частиц.

Продукты разрушения переносятся ветром, водой и на определенном этапе переноса отлагаются, образуя рыхлые скопления или осадки. Накопление происходит на дне рек, морей, океанов и на поверхности суши. Из рыхлых скоплений (осадков) с течением времени формируются (уплотняются, приобретают структуру и т. д.) различные осадочные породы.

Осадочные породы слагают самые верхние слои земной коры, покрывая своеобразным чехлом породы магматического и метаморфического происхождения. Несмотря на то что осадочные породы составляют всего 5 % земной коры, земная поверхность на 75 % своей площади покрыта именно этими породами, в связи с чем строительство и производится в основном на осадочных породах. Инженерная геология этим породам уделяет наибольшее внимание.

Мощность толщ осадочных пород колеблется в широких пределах - в одних местах она очень мала, в других исчисляется километрами.

Инженерно-геологические свойства осадочных горных пород находятся в непосредственной зависимости от особенностей их состава, строения и состояния, равно как и другие горные породы, что нами неоднократно подчеркивалось выше. Наряду с этим надо отметить, что строение, состав и состояние породы формируются в зависимости от ее генезиса. Таким образом, инженерно-геологические свойства осадочных горных пород складываются в процессе литогенеза.

Под литогенезом принято понимать совокупность геологических процессов, определяющих современный состав, строение, состояние и свойства осадочных горных пород.

Процессы литогенеза достаточно условно подразделяют на ряд стадий:

гипергенез - выветривание - разрушение кристаллических и других пород, образование новых минералов, обломков пород, обломков минералов, коллоидных и истинных растворов;

седиментогенез - перенос и отложение материала - образование осадка;

диагенез - превращение осадка в осадочную породу;

катагенез - начальные изменения осадочной породы;

метагенез - глубокие изменения осадочной породы - образование метаморфизованных осадочных пород.

Последние две стадии иногда объединяются под одним понятием - эпигенез. Осаждение вещества, его диагенетические и постдиагенетические преобразования протекают по-разному, в зависимости от физико-химических условий среды, температуры, давления, длительности и интенсивности процесса, например скоростей течения воды, движения воздуха, льда и т. п.

Особенности осадочных пород. Осадочные породы в силу специфических условий образования приобретают ряд особенностей, которые существенно отличают их от магматических и метаморфических пород. Это проявляется в минеральном и химическом составе, структурах, слоистости, пористости, зависимости состава и свойств пород от климата, в содержании органических остатков.

Минеральный и химический состав. В образовании осадочных пород, кроме минералов, из которых формировался рыхлый осадок (кварц, полевые шпаты и др.), принимают участие минералы, возникающие в данной породе в процессе ее существования (кальцит, каолинит и др.). Во многих случаях они играют существенную роль. Осадочные породы разнообразны по химическому составу. Это могут быть алюмосиликаты, карбонаты, оксиды, сульфаты и др.

Структура осадочных пород разнообразна. Почти каждый тип породы имеет свою, присущую только ему структуру. Для рыхлых пород характерны обломочные структуры, для сцементированных - брекчиевидные и т. д.

Пористость типична для всех осадочных пород, за исключением некоторых плотных химических осадков. Поры бывают мелкие, крупные и в виде каверн. Общая пористость может быть велика, например суглинки - 40-50%, пески - 35-40% и т. д. В порах могут располагаться вода, газ, органический материал.

Слоистость. Осадочные породы залегают в виде слоев (рис. 21), которые образуются в процессе периодического накопления осадков в водной и воздушной среде. В составе слоя может быть микрослоистость, отражающая осадконакопление в различные времена года. Микрослоистость характерна для озерных и речных отложений. В слое горной породы могут быть также тонкие слои других пород. Их называютпрослоями. Например, в слое песка может быть тонкий прослой глины.

При резком различии слоев по составу, например, слой песка лежит на слое известняка; более или менее постоянной мощности и сравнительно большой занимаемой площади слои называют пластами. В таких случаях слои (пласты) обычно ограничены с двух сторон четко выраженными поверхностями, которые называютплоскостями (поверхностями)напластования, причем верхнюю плоскость называют -кровлей , нижнюю -ложе , а расстояние между ними -мощностью слоя (пласта). Наибольшей мощностью пластов обладают морские отложения (до сотен и даже тысяч метров). Континентальные образования четвертичной системы, залегающие непосредственно под слоем почвы, имеют, как правило, относительно небольшую мощность (10-50 м).

Комплекс слое», объединенных сходством состава или возраста, или один слой, но значительной мощности, нередко называют толщей. Примером могут служить толщи лессовых пород, мощность которых может достигать десятков метров.

Слои образуются в процессе накопления осадков в морях, озерах, долинах рек и т. д. Это обусловливает образование слоев различной формы как по размеру в плане, так и по очертаниям по вертикали. Наиболее обычным является нормальный слой (рис. 22), для которого характерна сравнительно большая мощность и протяженность, параллельность кровли подошве. Для континентальных отложений характерны такжелинзы - слои, занимающие малые площади с выклиниванием мощности к краям слоя, ивыклинивающиеся слои, мощности которых уменьшаются в одну сторону.

Важное практическое значение для инженерной геологии представляет сочетание слоев. При согласном залегании слои лежат параллельно друг другу (рис. 23, 24), чахце всего горизонтально. Такое залегание слоев характерно равнинам. В других случаях за счет тектонических движений земной коры возникает несогласное залегание слоев (см. рис. 23, 24). Одна группа слоев при этом залегает непараллельно другой группе.

Климатические условия влияют на состав и свойства осадочных пород: в пустынях образуются породы обломочного характера, в замкнутых бассейнах накапливаются отложения солей и т. д. Окраска пород зависит от климатических условий: породы тропиков и субтропиков обладают красноватой окраской, холодному климату свойственны серые тона.

Органические остатки наблюдаются в большинстве осадочных пород. Это остатки растений или скелетных частей, раковин организмов в виде окаменелостей.

Классификация осадочных пород. Осадочные породы принято подразделять на три основные группы: 1) обломочные, 2) химического происхождения (хемогенные); 3) органогенные, возникшие в результате жизнедеятельности организмов. Это деление несколько условно, так как многие породы имеют смешанное происхождение, например, отдельные известняки содержат в своем составе материал органогенного, химического и обломочного характера.

Обломочные породы. Породы обломочного происхождения состоят из продуктов механического разрушения магматических и метаморфических пород, а также ранее образовавшихся осадочных пород (песчаников, известняков и др.).

В табл. 6 приведена основная классификация обломочных пород. В ее основе: размеры обломков - грубые, песчаные, пылеватые, глинистые; внешние очертания обломков (угловатые или окатанные) и наличие структурных связей между обломками (рыхлые скопления или сцементированные между собой обломки).

Следует отметить, что глинистые частицы к обломкам отнесены условно, так как их происхождение больше связано с химическими процессами и меньше с механическим разрушением.

Окатанность возникает в процессе переноса обломков водой. В природе чаще всего встречаются скопления, состоящие из обломков разного размера. Название обломочной породе при этом дается по обломкам, которые в породе занимают более 50%.

К обломочным породам в виде самостоятельной группы относят пирокластические породы, которые формируются из твердых вулканических продуктов (пепла, песка). Оседая на поверхность земли, песок и пепел образуют сцементированные накопления (пепел, туфы и др.).

Грубообломочные породы. В их состав входят угловатые (глыбы, щебень, дресва) и окатанные (валуны, галька, гравий) обломки различных горных пород. Наибольшее количество приходится на горные районы, морские побережья, речные долины, районы ледниковых отложений.

Песчаные породы - рыхлые накопления, состоящие из обломков минералов песчаного размера (2-0,05 мм). Таких частиц в породе должно быть не менее 50 %. По крупности частиц пески подразделяют на крупные (2-0,5 мм), средние (0,5-0,25 мм), мелкие (0,25-1 мм) и пылеватые (менее 0,1 мм). В песках преобладают минералы, наиболее устойчивые к выветриванию (кварц, слюды и др.).

Мономинеральные пески, например кварцевые, встречаются редко. «Вредными» в строительном отношении примесями являются оксиды железа, гипс, слюды, глинистые частицы. Происхождение песков - речное, ветровое, морское и т. д.

Глинистые породы. Глинистые частицы являются основными составными частями супесей, суглинков и глин. Каждая из этих пород в зависимости от количественного взаимоотношения пылеватых и глинистых частиц имеет свои разновидности. Так, супесь бывает легкая крупная, легкая пылеватая, тяжелая пылеватая; суглинки - легкие, легкие пылеватые, тяжелые, тяжелые пылеватые; глины - опесчаненные, жирные.

Глинистые породы составляют около 50 % общего объема осадочных пород и чаще всего являются основаниями различных зданий и сооружений.

Инженерно-геологическая характеристика осадочных горных пород без жестких связей . Обломочные, глинистые, некоторые представители хемогенных и органогенных пород достаточно условно можно объединить в группу пород без жестких связей* что полностью характеризует «взаимоотношения» слагающих их элементов. Эта группа объединяет большой и разнообразный круг пород - от высокодисперсных глин до грубообломочных пород. Группа описываемых пород подразделяется на три крупные подгруппы: первая объединяет глинистые и пылеватые, или связные, вторая - обломочные несцементированные, или несвязные, третья - биогенные. В подгруппу связных входят глинистые и лессовые породы, для которых характерно значительное содержание глинистых и пылеватых частиц. Отдельно рассматриваются породы, имеющие жесткие связи, - это сцементированные породы типа песчаников или аргиллитов.

Глинистые частицы формируются, в основном, в процессе химического выветривания. Наличие этих частиц в породах в значительном количестве обусловливает проявление нового характера связей между всеми элементами (частицами). В данном случае говорить только о минералах нельзя, так как частицы могут быть представлены как отдельными минералами, так и их агрегатами, обломками минералов, пород и т. д. Это коллоидные связи, которые являются следствием действия сил молекулярного и электростатического притяжения как непосредственно между самими частицами, так и между частицами и молекулами воды, содержащейся в породе. При непосредственном взаимодействии между частицами устанавливаются достаточно прочные связи, обусловливающие вполне высокую прочность породы в целом. В том случае, когда минеральные частицы окружены оболочками воды, взаимодействие может осуществляться лишь через эти оболочки, и, естественно, что связи между частицами (они называются водноколлоидными) оказываются менее прочными. При таких связях частицы под влиянием внешних усилий могут перемещаться без нарушения сплошности всей массы породы, а это означает, что порода обладает способностью к значительным пластическим деформациям. Такие породы, которые могут при определенной степени влажности (увлажнения) переходить в пластичное состояние, с инженерно-строительной точки зрения должны быть выделены в отдельную общность грунтов, которая именуется связными или пластичными.

К связным относят различные глины, суглинки, супеси, лессы и лессовидные породы. Все они формируются преимущественно под влиянием процессов выветривания и денудации (хотя имеются и морские глины различных генетических типов), когда наряду с агентами физического выветривания активно действуют агенты химического выветривания.

Благодаря этому изменяется не только минеральный состав пород, но и степень йх дисперсности. Химические реакции, протекающие в природе, приводят к возникновению и накоплению глинистых частиц (размером менее 0,001мм), коллоидных частиц (размером менее 0,025 мм). Агенты химического выветривания являются основным фактором, обусловливающим особенности состава пород, входящих в связные.

Связные породы обладают целым рядом свойств, значительно отличающих их от других грунтов. К числу наиболее характерных особенностей следовало бы отнести изменение их свойств в зависимости от влажности. Так, с ростом влажности прочность резко снижается, в сухом же состоянии эти породы способны выдерживать без разрушения весьма значительные нагрузки.

При большом содержании воды порода вообще способна перейти в текучее состояние. Связные грунты при определенной влажности проявляют пластичность и липкость, они набухают при увлажнении и дают усадку при высыхании. Пористость обычно высокая, однако, несмотря на это, водопроницаемость незначительна, так как пористость породы сформирована преимущественно замкнутыми микропорами.

Связные породы, в свою очередь, подразделяют на глинистые, лессовые и алевритовые.

К глинистым относят породы, у которых содержание глинистых частиц превышает 3 %. Эти грунты обладают хорошо выраженными пластическими свойствами и способностью к набуханию в воде. Во влажном состоянии они практически водонепроницаемы.

По петрографическому составу глинистые грунты можно разделить на глины, суглинки и супеси.

К глинам обыкновенно относят породы, у которых содержание глинистых частиц превышает 30 %. Встречаются глины, обладающие высокой дисперсностью, у них количество глинистых частиц может достигать 60 % и более. Как правило, в глинах содержится много коллоидов. Среди глин преобладают полиминеральные. Описанные выше особенности связных или глинистых грунтов выражены у глин особенно ярко.

Супеси содержат от 3 до 10 % глинистых частиц, вследствие чего по своим инженерно-геологическим свойствам они занимают как бы промежуточное положение между глинистыми и песчаными грунтами.

Глинистые грунты могут формироваться под воздействием различных природных процессов. В соответствии с этим при их подразделении в инженерно-геологических целях выделяют не только петрографические, но и генетические типы.

Каждый тип характеризуется присущими ему особенностями состава, структуры и текстуры глинистых толщ. Выделяют элювиальные, делювиальные, пролювиальные, аллювиальные, флю- виогляциальные, озерные, озерно-болотные, морские, моренные, эоловые супеси, суглинки и глины (кроме, пожалуй, эоловых глин). Глинистые породы являются одним из наиболее широко распространенных типов грунтов. Они встречаются среди отложений различного возраста, начиная с кембрия и кончая современными, по сути еще формирующимися образованиями. По мнению Л.Б. Рухина, глинистые породы составляют не менее 60 % общего объема осадочных пород. Эти породы часто вовлекаются в сферу интересов инженеров-строителей и в связи с этим необходимо достаточно серьезное к ним отношение, с учетом того, что состав глинистых грунтов, структурно-текстурные особенности, а также строение слагаемых ими толщ определяются генезисом. Кроме того, ощутимое влияние на свойства глинистых грунтов оказывают их возраст и условия залегания.

Пески имеют чрезвычайно широкое распространение. Согласно данным Л.Б. Рухина, площадь, которая занята в СНГ песками, равняется примерно2млн км 2 , из которых чуть меньше трети (600 тыс. км 2) приходится на территорию Европейской части СНГ. Массивы песков Средней Азии и Казахстана имеют площадь около 1 млн км 2 . Интенсивное использование песков в строительной практике в различных целях предопределяет необходимость тщательного их изучения. Песчаные породы открывают в нашем описании распространенную группу несвязных грунтов, не имеющих или почти не имеющих аналогичных глинистым грунтам связей между частицами и реализующие свои прочностные и деформационные характеристики за счет других особенностей своего внутреннего строения.

Состав, строение и свойства песков определяются, как и у всех пород, их генезисом. Установлено, что разные генетические типы песков имеют различное распространение: в Европейской части СНГ, включая страны Балтии, 51 % площади занимают аллювиальные пески, 24 % -водноледниковые, 11,3 % - эоловые, 3,6 % -аллювиальные, 5-6%-морские, 1,6 %-озерные, 1,5% - остальные типы.

Крупнообломочные породы представляют собой преимущественно обломки пород размером более 2 мм. Обломки эти несцемен- тированы и аналогичны во взаимодействии друг с другом песчаным грунтам, т. е. в них отсутствуют связи, характерные для глинистых грунтов и грунтов с жесткими кристаллизационными связями. Обломки пород, в основном определяющие свойства и поведение грунтов под сооружениями, могут иметь различный петрографический состав и различную форму, степень обработан- ности, что, с одной стороны, определяется составом пород, а с другой (и это главное) - генезисом крупнообломочных пород (рис. 25).

■ Инженерно-геологическая характеристика осадочных пород с жесткими связями. Обломочные сцементированные породы. Рыхлые обломочные породы в природных условиях могут подвергаться цементации за счет веществ, выделяющихся из циркулирующих в них водных растворов; в поры может вноситься («вмываться») пылеватый и глинистый материал. Кроме того, в них могут выпадать из растворов в осадок гипс, кальцит, кремнекислота, гидроксиды железа и другие соединения. Появление этих веществ в толще несцементированных обломочных грунтов приводит не только к увеличению плотности последних, но и вызывает образование проч-

В недрах земли находится почти вся таблица Менделеева. Химические элементы образуют между собой соединения, из которых состоят природные минералы. Один или несколько минералов могут входить в горные породы земли. В статье постараемся разобраться с их многообразием, свойствами и значением.

Что такое горные породы

Впервые этот термин применил наш русский ученый Севергин в 1978 году. Определение можно дать такое: горные породы - это соединение в единое целое нескольких минералов природного происхождения, имеющее постоянное строение и состав. Горные породы можно встретить везде, так как они являются неотъемлемой частью земной коры.

Если изучить описание горных пород, то все они отличаются признаками:

Плотностью.
Пористостью.
Цветом.
Прочностью.
Устойчивостью к сильным морозам.
Декоративными качествами.

В зависимости от сочетания качеств они и находят применение.

Многообразие горных пород

В основе подразделения пород на различные типы лежит химический и минеральный состав. Название горных пород дается в зависимости от их происхождения. Рассмотрим, на какие они делятся группы.Общепринятая классификация может выглядеть таким образом.

1. Осадочные породы:

органогенные;
хемогенные;
смешанные.

2. Магматические:

вулканические;
плутонические;
гипабиссальные.

3. Метаморфические:

изохимические;
метасоматические;
ультраметаморфические.

Осадочные породы

Любые горные породы, оказываясь под прицелом различных факторов и могут деформироваться, изменять свою форму. Они начинают разрушаться, обломки разносятся, могут откладываться на дне морей и океанов. Как результат - происходит образование осадочных пород.

Классифицировать породы осадочного происхождения сложно, так как большинство из них образовались под влиянием многих процессов, поэтому и отнести их к конкретной группе практически невозможно. В настоящее время этот тип пород делят на:

Обломочные горные породы. Примеры можно приводить разные: всем знакомый гравий или щебень, песок и глина, и многие другие.
Органогенные.
Хемогенные.

Остановимся немного подробнее на каждом виде породы.

Горные породы обломочные

Появляются они в результате образования обломков. Если классифицировать их с учетом их строения, то выделяют:

Сцементированные породы.
Несцементированные.

Первая разновидность в своем составе имеет соединяющий компонент, который может быть представлен карбонатами, глинами. Вторая разновидность не имеет таких веществ, поэтому обладает рыхлой структурой.

Можно еще уточнить, что горные породы обломочные часто включают в себя следы и остатки растительных и животных организмов. К ним можно отнести раковины моллюсков, сохранившиеся окаменевшие части стебля, крылья насекомых.

Больше всего известны обломочные горные породы. Примеры это подтверждают. К обломочным относятся всем известные песок и глина, щебень и гравий, а также многие другие. Все они достаточно широко используются в строительной отрасли.

Хемогенные породы

Эта группа является продуктом химических реакций. Отнести к ним можно соли, например калийные, и бокситы. Процесс образования этого типа породы может идти двумя путями:

Постепенный процесс концентрации растворов. Не исключается здесь и влияние излучения от солнца.
Соединение нескольких солей при пониженной температуре.

Строение у таких пород будет зависеть от места их появления. Те, которые образуются на поверхности земли, имеют форму пласта, а глубинные уже совершенно другие.

Очень широко используются из этой группы горные породы, примеры только подтверждают это. К хемогенным породам можно отнести:

Минеральные соли.
Бокситы.
Известняки.
Доломит и магнезит и многие другие.

В природе довольно часто встречаются породы, в образовании которых принимали участие различные природные процессы. Название горных пород, которые произошли таким образом - смешанные. Например, можно встретить пески с примесью глины.

Органогенные осадочные породы

Если горные иногда включают в свой состав остатки живых организмов, то эта группа только из них и состоит. В ее состав входят:

Нефть и сланцы.
Битумы.
Фосфатные породы.
Карбонатные соединения, например мел, которым пишут на школьной доске.
Известняки.

Если говорить о составе, то известняки и мел почти полностью состоят из остатков раковин древних моллюсков, фораминифер, кораллов, также в их состав входят водоросли. Учитывая, что дать начало органогенной породе могут разные организмы, то их подразделяют на несколько разновидностей:

Биогермы. Так называются скопления живых организмов.
Танатоценозы и тафроценозы представляют собой остатки организмов, которые давно обитали в этих местах или были принесены водой.
Планктоногенные породы образовались из организмов, обитающих в водоемах.

Зернистость осадочных пород

Этот признак является одной из характеристик структуры осадочных пород. Если смотреть на породы, то их можно подразделить на однородные и с включениями. В первом варианте вся порода воспринимается как однородная масса, а во втором можно рассмотреть отдельные фракции, зерна и их форму и соотношение.

Если рассматривать размер фракций, то можно выделить несколько групп:

Зерна вполне хорошо заметны.
Скрытозернистые визуально кажутся бесструктурными.
В третьей группе невозможно рассмотреть зернистость без специального оборудования.

Форма включений может являться одним из критериев, по которым разделяют эти породы. Выделяют несколько типов структур:

Гиподиоморфный. В таком типе в качестве зерен выступают кристаллы, получившиеся из раствора.
Гипидиобластовый тип относится к промежуточной структуре, в которой происходит перераспределение веществ в уже отвердевшей породе.
Гранобластовый, или листовой, имеет кристаллы неправильной формы.
Механоконфорный тип образуется в результате механического воздействия зерен под давлением тех слоев, которые располагаются выше.
Неконформнозернистый имеет основной признак в виде различных очертаний зерен, что приводит к появлению пустоты и пористости.

Кроме структуры, выделяют еще и текстуру. В основе деления лежит слоистость:

Градационная. Ее образование осуществляется на большой глубине под водой.
Прослоевая возникает в некоторых слоях воды, к этому типу можно отнести глинистые примазки, прослойки песка в глине.
Переслаивательная возникает при большой толщине слоя, можно наблюдать изменение цветовой гаммы слоев. В качестве примера можно привести чередование глины и песка.

Можно приводить еще много классификаций, но на этом, пожалуй, остановимся.

Представители осадочных пород

Мы уже рассмотрели осадочные обломочные горные породы, примеры их также привели, а сейчас остановимся на других, которые также широко распространены в природе.

Гравелиты. Представляют собой осадочные породы в виде гравия. В их состав входят обломки пород и минералов разных размеров.
Песчаные породы. Сюда относятся пески и песчаники.
Пылеватые породы чем-то напоминают песчаники, только в своем составе имеют больше устойчивых минералов в виде кварца, мусковита.
Алевролит отличается наличием шероховатости на изломе, а цвет зависит от цементирующего материала.
Суглинки.
Глинистая порода.
Аргиллиты.
Мергели представляют собой смесь карбонатов и глины.
Известняки, которые состоят из кальцита.
Доломиты напоминают известняки, только вместо кальцита в их состав входит доломит.

Все эти горные породы находят широкое применение в строительстве и других отраслях народного хозяйства.

Метаморфические породы

Если вспомнить, что такое метаморфоз, то станет понятно, что породы метаморфические появляются в результате превращения минералов и горных пород под действием температуры, света, давления, воды. Наиболее известными из этой группы являются: мрамор, кварцит, гнейс, сланцы и некоторые другие.

Так как метаморфозу могут подвергаться различные типы пород, то и классификация зависит от этого:

Метабазиты - это породы, которые получаются в результате превращения магматических и осадочных пород.
Метапелиты являются результатом превращения кислых осадочных пород.
например мрамор.

Форма метаморфической горной породы сохраняется от предшествующей, например, если прежде порода располагалась пластами, то и вновь образующаяся будет иметь такую же форму. Химический состав, конечно, зависит от исходной породы, но под воздействием превращений может измениться. Минеральный состав может быть разным, причем он может включать как один минерал, так и несколько.

Горные породы магматические

Эта группа пород составляет практически 60% всей земной коры. Возникают они в результате плавления горных пород в мантии или в нижней части земной коры. Магма - это расплавленное вещество частично или полностью, обогащенное различными газами. Процесс образования всегда связан с высокой температурой в земных недрах. Геологические процессы, протекающие внутри земли, постоянно провоцируют магму подниматься на поверхность. В процессе поднятия происходит остывание и кристаллизация минералов. Так выглядит процесс образования магматических горных пород.

В зависимости от глубины, на которой происходит затвердевание, разделяются на несколько групп горные породы, таблица разновидностей может выглядеть так:

Магматические породы отличаются от обломочных тем, что в них нет остатков умерших организмов. является одной из самых известных среди этой группы. В его состав входят: кварц и слюда.

Когда происходит извержение вулкана, то магма, выходя на поверхность земли, постепенно остывает и образует породы вулканического типа. Они не содержат больших кристаллов, так как понижение температуры происходит достаточно быстро. Представителями таких пород являются базальт и гранит. Их часто использовали в древности для изготовления памятников и скульптур.

Обломочные породы вулканогенные

В процессе извержения вулканов образуется не только горная порода гранит, но и многие другие. Кроме излияния лавы, в атмосферу вылетает большое количество обломков, которые, вместе со сгустками затвердевающей лавы, падают на поверхность земли и образуют тефры. Этот пирокластический материал постепенно размывается, часть его уничтожается водой, а тот, который остается, уплотняется и превращается в крепкие породы - вулканические туфы.

На разломе этих пород можно видеть обломки, промежутки между которыми заполнены пеплом, иногда глиной или кремнистыми осадочными веществами.

Выветривание горных пород

Все горные породы, находясь в природе, подвергаются воздействию многих факторов, в результате которых происходит выветривание или разрушение. В зависимости от воздействующего влияния различают несколько типов этого процесса:

Физическое выветривание горных пород. Происходит по причине перепадов температур, в результате чего породы трескаются, в эти трещины попадает вода, которая может превращаться в лед при отрицательных температурах. Так постепенно происходит разрушение породы.
Химическое выветривание осуществляется под действием воды, которая попадает в трещины породы и выщелачивает, растворяет ее. Такому воздействию больше всего поддаются мрамор, известняки, соль.
Биологическое выветривание осуществляется с участием живых организмов. Например, растения своими корнями разрушают породу, лишайники, поселившиеся на них, выделяют некоторые кислоты, которые также разрушающе действуют.

Избежать процесса выветривания горных пород практически невозможно.

Значение горных пород

Невозможно себе представить народное хозяйство без использования горных пород. Осуществлять такое применение начали еще в глубокой древности, когда человек научился обрабатывать камни. Прежде всего используются в строительной отрасли горные породы. Примеры можно привести следующие:

Мрамор.
Известняк.
Гранит.
Кварцит и другие.

Их использование в строительстве основано на прочности и других важных качествах.

Некоторые породы находят свое применение в металлургической промышленности, например огнеупорная глина, известняк, доломиты. Химическая отрасль неразделима с трепелом, диатомитом.

Даже легкая промышленность использует горные породы для своих нужд. В сельском хозяйстве не обойтись без калийных солей, фосфоритов, которые являются важной составной частью удобрений.

Таким образом, мы рассмотрели горные породы. И можно сделать вывод, что в настоящее время они являются бесспорными и необходимыми помощниками человека практически в каждой отрасли, начиная с повседневной жизни и заканчивая строительством. Именно поэтому чаще всего используется понятие не горная порода, а полезное ископаемое, что в точности выражает значимость этих природных залежей.

По своему содержанию и методам исследования «Литология» очень близка к такому разделу об осадочных образованиях, как «Седиментология». Неточность определения «Литологии» приводит к путанице во взаимоотношениях её с «Седиментологией». Многие считают «Литологию» частью «Седиментологии». Так по Vatan (1955) «Область седиментологии значительно более обширна, чем область петрографии осадочных пород.» . Другие исследователи, например, , процессы седиментологии относят к стадиям литогенеза, то есть рассматривают «Седиментологию» как часть «Литологии». Имеется также третье направление, например П. П. Тимофеев, О. В. Япаскурт и др.

Реальные взаимоотношения устанавливаются с позиции дилеммы прямая задача - обратная задача .

Прямая задача - определение особенностей формирования осадков, из которых образуются в дальнейшем осадочные горные породы, в различных физико- механических и физико- химических условиях. Большой вклад в решение этой проблемы внёс Н. М. Страхов (1900-1976) , .

Обратная задача - на основе анализа наблюдаемых свойств осадочных пород - восстановление условий их образования. Существенный вклад в решение этой проблемы внёс Л.В.Пустовалов , а также практически все геологи и, в частности, литологи, которые занимаются изучением осадочных пород.
Опираясь на это разделение типов задач, можно утверждать, что «Седиментология» - это форма решения прямой задачи, тогда как «Литология» - обратной задачи. Несмотря на их близость, это - задачи, решения которых направлены в противоположные стороны. Учитывая вышесказанное, можно говорить, что конечной целью «Литологии» является определение палеогеографических условий формирования осадочных пород .

Классификация осадочных горных пород

В формировании осадочных горных пород участвуют различные геологические факторы: разрушение и переотложение продуктов разрушения ранее существовавших пород, механическое и химическое выпадение осадка из воды, жизнедеятельность организмов. Случается, что в образовании той или иной породы принимает участие сразу несколько факторов. При этом некоторые породы могут формироваться различным путем. Так, известняки, могут быть химического, биогенного или обломочного происхождения. Это обстоятельство вызывает существенные трудности при систематизации осадочных пород. Единой схемы их классификации пока не существует.

Различные классификации осадочных пород были предложены Ж.Лаппараном ( г.), В. П. Батуриным ( г.), М. С. Швецовым ( г.) Л. В. Пустоваловым ( г.), В. И. Лучицким ( г.), Г. И. Теодоровичем (1948 г.), В. М. Страховым ( г.), и другими исследователями.

Однако для простоты изучения применяется сравнительно простая классификация, в основе которой лежит генезис (механизм и условия образования) осадочных пород. Согласно ей осадочные породы подразделяются на обломочные , хемогенные , органогенные и смешанные .

Генезис осадочных горных пород

«Осадочные горные породы» объединяют три принципиально различные группы поверхностных (экзогенных) образований, между которыми практически отсутствую существенные общие свойства. Собственно из осадков образуются хемогенные (соли) и механогенные (обломочные, частично терригенные) осадочные породы. Образование осадков происходит на поверхности земли, в её приповерхностной части и в водных бассейнах. Но применительно к органогенным породам довольно часто термин «осадок» не применим. Так если осаждение скелетов планктонных организмов ещё можно отнести к осадкам, то куда отнести скелеты донных, а там более колониальных, например, кораллов, организмов не ясно. Это говорит о том, что сам термин «Осадочные горные породы» является искусственным, надуманным, он является архаизмом. В следствие этого В. Т. Фролов пытается заменить его термином «экзолит». Поэтому анализ условий образования этих пород должен происходить раздельно.

В классе механогенных пород первые два понятия являются равнозначными и характеризуют разные свойства этого класса: механогенный - отражает механизм образования и переноса, обломочный - состав (состоит практически из обломков (понятие строго не определено)). Понятие Терригенный отражает источник материала, хотя механогенными являются и значительные массы обломочного материала, образуемого в подводных условиях.

Механогенные осадочные породы

Эта группа пород включает две главные подгруппы - глины и обломочные породы. Глины - специфические породы, сложенные различными глинистыми минералами: каолинитом , гидрослюдами, монтмориллонитом и др. Глины выделившиеся из взвеси называются водноосадочными глинами в отличие от остаточных глин, присутствующих в сохранившихся корах выветривания.

Общие свойства обломочных пород

Обломочные порода - главнейшая часть механогенных пород. Среди осадочных пород «обломочные породы» (далее ОП) представляют собой одни из самых распространенных классов горных пород. Объем этого понятия соответствует представлениям ранних периодов становления литологии. Изначально к ним относили породы, содержащие собственно обломки пород и минералов, с одной стороны, и продукты их механического (физического) преобразования -окатанные зерна пород и минералов- с другой. Но определение «обломка» отсутствует. Такая же ситуация и с антагонистом «брекчии»- галькой: что такое галька? Есть узкое определение понятия «галька», по которому галька ограничена в линейных размерах. Однако в литологии есть также объекты, близкие по смыслу гальке, но иных размеров: валуны , гравий и т. д. В широком смысле «галька» (или окатыш по Л. В. Пустовалову)- «это окатанные водой обломки горных пород». Имеется существенное генетическое различие между обломками и окатышами. «Обломочные породы» - породы, сложенные только обломками материнских пород (минералов). Окатыши не являются обломками в прямом смысле и потому не могут входить в группу «обломочных пород». Они составляют самостоятельную, весьма распространенную группу осадочных образований (конгломероиды ), сложенную полностью или преимущественно окатышами различных размеров (галька. гравий, конгломераты , галечники, гравелиты и пр.) , .

Выделить следующие особенности состояния породы:
I.Сложение породы - вид представления зерна в породе.
II. Cтроение породы .
Для определения породы использовано понятие о зерне З = (Z = Zerno): это -любой формы и размеров твердое моно- или многофазное образование, имеющее естественную фазовую границу, отделяющую его от других подобных, может быть и сходных по внутренним свойствам, образований. Тогда образец сложен некоторой породой П , если образец - твердое, созданное естественным путем, многофазное образование, сложенное зернами З различного состава. В образце, как элементарной части геологического пространства и сложенном множеством зёрен различного состава и размера, возникает новое качество - взаимоотношения зерен между собой.

В связи с этим в осадочных горных породах выделяются два уровня свойств:

Свойства единичного зерна- состав, размер, форма и особенности её изменения;
Свойства совокупности зёрен - размерность , структура и текстура .

Свойства единичного зерна

Сюда входят: состав, размер, форма и особенности её изменения;

Размер зёрен

В подавляющем большинстве случаев размер зерен () измеряется в трёх направлениях, согласно приписываемой им виртуальной системе координат. Ориентировка этой системы координат относительно внутренних свойств зёрен не определена. Наибольший размер (длина) обозначается через , средний размер (ширина) - и минимальный размер (толщина) - . Конкретные величины значений этих измерений колеблются в широких пределах. Порядок изменения этих величин также неизвестн: если произвольно взять два соседний зерна и в упорядоченной по размерам совокупности зёрен, то величина не определена.

Поскольку пределы изменения размерных параметроы достаточно велики, то создаются специальные шкалы измерений, в которых указываются минимальные и максимальные пределы изменения размеров зёрен определённой группы, получившие специальные названия (пелиты, алевриты, псефиты (пески) и пр.). В практие это деление (выделение гранулометорических фракций) осуществляется с помощью "ситового" анализа . Метод сильно искажает реальные размеры и соотношения между ними в зёрнах , .

Форма зёрен

Наименее изученная часть свойств обломочных пород. Значение формы зерна () определяется её ролью в гидродинамике переноса зёрен водными потоками , влияя на дальность переноса . Из российских ученых в первые об этом, видимо, заговорил И. А. Преображенский ( , С. 557). Позже этому фактору уделял внимание Ю. А. Билибин на примере изучения морфологии золотин из россыпей различного типа. К. К. Гостинцев приводит элементы геометрической классификации форм зерен, выделив обобщенные формы : сферы (шаровидные формы), эллипсоиды, параллелепипеды , диски , чешуйки , таблички и др. Классификация форм зёрен приведена в , .

В "Петрографии осадочных пород" в качестве аналога формы не обосновано широко используется понятие "окатанность", как степень округлённости углов в зёрнах. Анализ показал, что "окатанность" к форме зёрен прямого отношения не имеет, но отражает степень изменения этой формы (физического метаморфизма пород).

Можно выделить основные стадии механогенного метаморфизма:

1. "совершенно не окатанные, остроугольные зерна пород (щебень , хрящ , дресва, каменная крошка, зерна- осколки)"; 2. зерно окатано так, что еще можно установить ее изначальную форму;

эта стадия позволяет проводить дробную классификацию на основе уже существующих представлений об обломочных породах.

3. «вполне окатанные зерна с одинаково сглаженной поверхностью обтекаемой формы». Начальная форма уже не определима. Конечная форма описывается уравнениями второго порядка .

Состав зёрен

Установлена зависимость состава зёрен от размера зёрен. Эта зависимость проявляется в том, что зёрна, размер которых мм, существенно сложены минералами и их обломками. Зёрна, размер которых мм, сложены существенно породами. Это позволяет всё многообразие рыхлых обломочных пород разделить на минакласты (зёрна сложены преимущественно минералами (миналы)) и литокласты (- преимущественно породами).

В литокластах форма зёрен уже существенно зависит от состава зёрен. Здесь начинают сказываться внутренние свойств пород.

Б.Свойства совокупности зёрен

В определении понятия «горная порода» выделены две части – вещественная и пространственная. К параметрам, связанным с пространственным расположением зерен, относятся: морфологические и линейные характеристики зерен; пространственное расположение центров тяжести зерен (не изучено); пространственные взаимоотношения зерен, обусловленные различиями в размерах и форм зерен. Формирование обломочных пород, как способ формирования некоторой совокупности, или множества, зёрен приводит к появлению новых и существенно важных свойств, таких, как структура и текстура.

Возможны установления определённых отношений между размерными параметрами. В минакластах зёрна не изометричны, их размерные параметры соответствуют неравеству , а это означает возможное наличие функциональных зависимостей между ними. Кроме того выявлены зависимости вида , где -периметр. В этих случаях параметр представляет собой обобщённый коэффициент уплощённости, то есть чем он меньше, тем более уплощённым в среднем является зерно. Так для зёрен алмаза , для кварца , для золотин .

Свойства структур обломочных пород

На практике использование понятия "структура" в основном свелось к характеристике размерных параметов зёрен. В связи с этим понятие "структура" в петрографии не соответствует понятию "структура" в кристаллографии, структурной геологии и других науках о строении вещества. В последних "структура" больше соответствует понятию "текстура" в петрографии и отражает способ заполнения пространства. . Если принять, что "структура" является пространственным понятиям, то следующие структуры нужно считать бессодержательными: вторичные или первичные структуры и текстуры; кристаллические, химические, замещения (разъедания, перекристаллизации и т. д.), деформационные структуры, ориентированные (3-280), остаточные структуры (3-282) и пр. (в скобках- номер тома и номер структуры в списке). Поэтому эти "структуры" названы "ложными структурами" .

Структура – это множество структурных элементов, характеризуемое размерами зерен и их количественными соотношениями.
При проведении конкретных классификаций обычно используются линейные параметры зерна с последовательностью

хотя количественные оценки распространенности осуществляются через площадные (процентные) параметры. Эта последовательность может иметь значительную длину и никогда не строится. Обычно же говорят только о пределах изменения параметров , называя максимальные (max) и минимальные (min) значения размеров зерен.

Одно из направлений представления - использование числовых рядов, которые строятся также как и указанная выше последовательность, но вместо () ставиться знак суммы (). Свертка всех последовательностей осуществляется объединением равных элементов и сложением их площадей. Тогда имеем последовательность:

Выражение означает, что измерена площадь , занимаемая всеми сечениями тех зерен , размер которых равен .

Эта особенность зёрен позволяет проводить числовой анализ полученных соотношений. Во- первых, параметр можно рассматривать как значения координатной оси и таким образом строить некоторый график ( , ). Во-вторых, последовательность можно ранжировать, например, по убыванию коэффициентов , в результате получается ряд

Именно этот ряд и называется структурой данного сечения породы, он же является и определением понятия «структура». Параметр есть элемент структуры, а параметр – длина структуры. По построению . Такое представление структуры позволяет проводить сравнение различных структур между собой.

Структура элементарна , если , т.е. . Структура совпадает со своим элементом, т.е. или %. Тогда порода сложена зернами, размерные параметры которых равны друг другу. Эта структура называется равномерно-зернистой . Множество равномерно-зернистых структур образуют класс равномерно-зернистых структур , в котором каждая структура отличается параметром . Если , то структура образована зернами, размер которых изменяется в некоторых пределах. Это- структуры неравномернозернистые , их множество- класс неравномерно- зернистых структур . В неравномерно-зернистой структуре . Тогда и .

Класс неравномерно-зернистых структур является обобщением класса равномерно-зернистых структур. В классе неравномерно–зернистых структур выделяются подклассы:

1) подкласс собственно неравномерно–зернистых структур ; 2) подкласс порфировых структур (или структур включения ) класса неравномерно–зернистых структур. 3) подкласс порфировидных структур класса неравномерно–зернистых структур. От предыдущего подкласса отличается тем, что основная масса неравномерно–зернистая и отличие размеров порфировых зерен от размеров зерен основной массы менее резкое.

В петрографии обломочных пород эти подклассы не выделяются, хотя их аналоги распространены широко, например, песчаники с (включениями) гравием, галькой и пр. с образованием структур включения. В этих случаях основная масса называется цементом (базальным).
Подкласс порфировых структур (структур включения) объединяет также структуры, существующие в породах с миндалинами, овоидами, стяжениями и другими формами включений.

Изложенные характеристики структур позволяют получить решение важной в петрографии горных пород задачи: сравнение структур горных пород.

А. Равномерно-зернистые структуры и равны, если и .
Теорема: сложение двух равных равномерно-зернистых структур и дает равную им равномерно-зернистую структуру. Теорема: сложение нескольких равных равномерно-зернистых структур также дает равномерно-зернистую структура, равную структуре составных частей.
Следствие 1. Если образец с равномерно-зернистой структурой разделить на некоторое количество частей, то каждая часть образца породы будет характеризоваться равной ей равномерно-зернистой структурой.
Следствие 2. Если в образце породы с равномерно-зернистой структурой изучена некоторая часть образца породы, то порода этой части образца характеризует и всю породу.

Б. Сравнение неравномерно- зернистых структур. Основой анализа является выделение структур, в которых элементы расположены по убыванию размерных параметров. В этом случае первый элемент определяет название структуры на основе сравнения со специальной классификацией (эталоном).
Совершенно ясно, что с одним и тем же основанием может быть большое количество структур. Выделяются крайние случаи:

А). В обоих рядах порядок элементов одинаковый. б). Порядок элементов во втором ряду противоположен таковому первого ряда.

Степень близости обоих рядов определяется с помощью представлений теории перестановок .

Свойства текстур обломочных пород

Текстура является одной из важнейших понятий в петрографии горных пород. Текстура отражает способ заполнения пространства элементами структуры. Естественно, что расположение элементов структуры в пространстве во многом определяется условиями образования пород . Тем не менее, все текстуры имеют общие свойства, которые позволяют рассматривать текстуры независимо от условий образования пород.

Зерно – это элементарный объект горной породы. Размеры зёрен измеряются по осям – (на практике обозначаемые как ). Принято, что . Ось , располагающаяся вдоль оси , - главная . Плоскость , проходящую через оси и , - также главная . Ось . Зёрна отличаются по вещественному составу (), форме () и размерам (от Dimension – размерность), т.е. . Здесь , , - элементы структуры. Кроме того, зёрна в образце находятся в некоторых отношениях друг к другу, т.е. .

Если структурный элемент - это зерно образца, то пространственная часть образца имеет вид . Таким образом, текстура () – это множество зёрен образца, обладающих свойством:

Следовательно, текстура является понятием более высокого уровня обобщения, чем структура , поскольку в основу выделения текстур положены не только форма и состав зёрен, но и их структурные признаки.

Смысл выражения зависит от сущности параметра . Элементарные отношения между зёрнами представлены:

Зёрна в компактном множестве { З } размещаются так, чтобы главные плоскости этих зёрен совпадают. Тогда можно провести плоскости, касательные к поверхностям зёрен как снизу (подошва ПД ), так и сверху (кровля КР ). Если между этими плоскостями располагается по одному зерну, то слой можно назвать монослоем (обозначается через ). Нормальное положение монослоя – горизонтальное.

Основные типы текстур

Каждый монослой характеризуется параметрами: вещество M (материал), D, SR, OR . Поскольку , то монослои характеризуются параметрами и . Далее эти параметры записыватся в виде биекции . Если в соседних монослоях и и , то такие монослои будем называть тождественными (или эквивалентными). В таком случае граница между монослоями отсутствует (т.е. ). Если этими свойствами обладают все последовательно наслаиваемые друг на друга монослои, то между ними границы отсутствуют. В этом случае совокупность этих монослоев образует слой , а порода приобретает монолитную текстуру .

Это тип компактных монолитных текстур . Если же хотя бы один из компонентов свойств не совпадает с соответствующим компонентом свойств , то граница сохраняется (или ).

Если в образце присутствуют несколько монослоёв (слоёв), каждый из которых отличается хотя бы одним элементом текстуры от соседнего монослоя (или слоя), то имеет место слоистая текстура . Это тип компактных слоистых текстур . Эти типы исчерпывают все многообразие основных типов текстур.

Между монолитными текстурами и слоистыми текстурами существует принципиальное различие. В первом случае выявляются отношения между зёрнами породы. При этом устанавливаются признаки, определяющие текстуру самой породы: отношения между размерными параметрами (структура), отношения между формами зерен, ориентировка зерен. Тип монолитных текстур является единственным представителем текстур в породе.

В случае слоистой текстуры появляется новый вид отношения: отношение между слоями (слойками). Кроме вышеназванных признаков, определяющих текстуру породы, выполняющей слой, здесь появляются новые признаки, характеризующие отношения слоёв как геологических тел друг относительно друга: средних ориентировок зёрен одного слоя относительно ориентировок зёрен другого слоя, отношение между самими слоями; отношение между размерными параметрами одного слоя относительно размерных параметров другого слоя. Таким образом, слоистая текстура отражает более высокий уровень организации геологического материала. В породе слоистых текстур нет .

В практике геологических исследований часто фигурирует понятие «слоистая порода» (слоистый песчаник, слоистый алевролит и пр.). Под слоистой породой понимают породу, обладающую слоистой текстурой. В связи с изложенными выше соображениями это понятие необходимо признать не корректным. По определению порода с монолитной текстурой сложена зернами без признаков их пространственного разделения. В «слоистой породе» ситуация совершенно иная. Здесь слоистость обусловлена наличием слоёв (слойков), т.е. самостоятельных геологических тел, заполненных породами; в каждом слое порода имеет монолитную текстуру. Следовательно, образец с выявленной слоистой текстурой сложен набором пород, а к набору пород термин «порода» как единичный признак вообще не применим.

Классификация текстур. I . Тип компактных монолитных текстур .

Выделяются подтипы текстур:
А. Подтип текстур изотропных (массивных ). Параметры структурных элементов не изменяются вдоль (эталонных) линий, проходящих через образец в любом направлении. Во всех случаях зёрна располагаются статистически хаотично, беспорядочно в породе с равно– или разнозернистой массой. Это – подтип компактных монолитных массивных текстур (текстуры беспорядочная, плотная, неориентированная, однородная и др.).
Б. Подтип текстур анизотропных . Свойства породы изменяются с изменением ориентировки эталонных линий. Выделяются классы текстуры:
Ба. Класс компактных монолитных ориентированных текстур ; обусловлен особенностями строения основной массы породы. Сюда относятся текстуры с согласно ориентированными друг относительно друга зёрнами; иногда их называют гломерокристаллическими, сланцевыми, ориентированными текстурами и пр.

Бб. Класс компактных монолитных ориентированных линейных текстур ; обусловлен наличием ориентированных единичных структурных элементов при хаотичном расположении зерен вмещающей их массы; сюда относятся породы различных порфировых и порфировидных структур, в которых порфировые (порфировидные) зерна, миндалины и пр. являются единичными структурными элементами. Выделяются подклассы:
- Бба. Ориентированные зерна не образуют единого сообщества и разбросаны по образцу бессистемно. По Н.А. Елисееву это параллельно-линейные текстуры .
- Ббб. Ориентированные зерна (обычно пластинчатые кристаллы) образуют единое сообщество, проявляемое в виде плоско-параллельного «слоя», создавая видимость слоистой текстуры. По Н.А. Елисееву это плоско-параллельные (ложно слоистые) текстуры .
Бв. Текстуры, обусловленные наличием ориентированных структурных агрегатов, например, шлиров, обломков пород и пр. Это класс компактных агрегативных текстур (текстуры такситовые, атакситовая и пр.). Этот подкласс текстур специально не выделяется. Если же агрегат рассматривать как обобщенное зерно, то здесь также выделяются текстуры, определяемые расположением единичных структурных элементов. Поэтому можно выделить подклассы:
- Бва. компактные агрегативные массивные текстуры ;
- Бвб. компактные агрегативные параллельно-линейные текстуры ;
- Бвв. компактные агрегативные плоско-параллельные текстуры .

II . Тип слоистых текстур .

За основу анализа взята пара соседних слоёв, имеющих четко выраженные элементы текстуры. Виды текстур, устанавливаемые на основе анализа этой пары, называются элементарными. Здесь уже на сцену выступает форма элементов текстур. Независимо от вида этой формы, их всех объединяет наличие некоторого радиуса R кр кривизны, на основе которого выделяются крайние подтипы элементарных слоистых текстур: если R кр = , то имеет место подтип ламинарных слоистых текстур. Если R кр << - то подтип турбулентных (вихревых) слоистых текстур.
А. Подтип ламинарных слоистых текстур . Элементы внутреннего строения располагаются субпараллельно границам слоёв, напоминая ламинарное течение жидкости. Выделяются классы ламинарных слоистых текстур.

элементов текстур обоих слоёв существенно различны.
Возможны разновидности текстур:
Абба. Слой А обладает простой ламинарной слоистой текстурой, слой Б – косой слоистой текстурой.
Аббб. Оба слоя обладают косой слоистой текстурой, но элементы текстуры слоя А располагается косо к элементам текстуры слоя Б .
Б. Подтип турбулентных (вихревых) слоистых текстур . Такие текстуры обычно называются (собственно) косой слоистостью. Одним из свойств (кроме R кр ) элементов текстур этого подтипа является ограниченность длин слойков в сечении образца. По характеру поведения R кр можно выделить текстуры:

Ба. R кр = const. Слой образует эллипсовидное кольцо постоянной формы. Так как мы имеем дело со слоистыми явлениями, то образуется сферическое образование (эллипс, шар и пр.), заполненное слоистым веществом. Сама сфера может быть срезана другими сферическими образованиями. Строго анализа этого вида текстур не существует.
Бб. R кр ≠ const . Радиус кривизны изменяется не только по длине элемента текстуры, но и от слойка к слойку.

История формирования механогенных пород

Согласно представлениями Н. М. Страхова, являющихся в настоящее время руководящими, процесс формирования механогенной осадочной горной породы называется литогенезом (Страхов, 1960) и состоит из стадий :

образование осадочного материала;
перенос осадочного материала;
седиментогенез - накопление осадка;
диагенез - преобразование осадка в осадочную горную породу;
катагенез - стадия существования осадочной горной породы в зоне стратисферы;
метагенез - стадия глубокого преобразования осадочной горной породы в глубинных зонах земной коры .

Образование осадочного материала

Образование осадочного материала происходит за счет действия различных факторов - влияния колебаний температуры , воздействия атмосферы , воды и организмов на горные породы и т. д. Все эти процессы приводят к изменению и разрушению пород и объединяются одним термином выветривание .

Перенос осадочного материала

Осадочный обломочный материал обычно не остается на месте, а переносится под действием различных факторов в те участки земной поверхности, где существуют условия, благоприятные для его накопления и захоронения.

Чаще всего аргументом является величина , говоря о том, что зерно ориентировано поперёк течения воды в потоке ; это допустимо при перемещении зёрна перекатыванием.

Это зависимость легко вписывается в импульсный (пульсационный) механизм движения взвеси. Пульсационный механизм перемещения материала позволяет говорить о периодичности протекания процесса.

Перемещение зерна подчиняется аксиомам:
1. Перемещение осадочного материала осуществляется как в декартовых координатах , так и во времени , то есть , где - масса переносимого материала; - координата, вдоль которой происходит перемещение материала.
2. Осадочный материал поступает в бассейн осаждения вследствие разрушения некоторого исходного материнского геологического тела , заполненного рыхлым материалом, так, что количество выносимого материала пропорционально количеству материала в исходном геологическом теле. Это, в конечном счёте, приводит к уравнению перемещения вещества :

при преобразовании которого получено простейшее гиперболическое уравнение , или уравнение струны .

Накопление осадка

Транспортируемый осадочный материал осаждается в пониженных участках рельефа . Скорость накопления осадка колеблется в очень широких пределах - от долей миллиметра (глубоководные части морей и океанов) до нескольких метров в год (в устьях крупных горных рек).

Длительное и устойчивое погружение области осадконакопления предопределяет образование мощной, однородной осадочной толщи. В случае частой смены тектонического режима, а также при сезонных изменениях климата происходит переслаивание осадков, различных по составу и строению.

Следует иметь в виду, что наряду с дифференциацией на поверхности нашей планеты может происходить и смешивание осадочного материала (интеграция), поступающего из разных сноса. Этот процесс приводит к образованию полиминеральных пород, например, граувакк, слагающихся как разнородными обломочными и минеральными компонентами, так и биогенным и хемогенным материалом.

Это перемещение называется транспортировкой. Транспортировка , как правило, завершается осаждением материала. Эта стадия - стадия преноса и осаждения вещества называется седиментогенезом (сложное явление, включающее механическое, химическое выветривание, дифференциацию продуктов выветривания , образование и разрушение коллоидных и ионных систем).

Биогенные породы

Основная статья : Биогенные породы

Хемогенные породы

Основная статья : Хемогенные породы

Диагенез

Осадок, накопившийся на дне водоема или на поверхности суши, обычно представляет собой неравновесную систему, состоящую из твердой, жидкой и газовой фаз. Между составными частями осадка начинается физико-химическое взаимодействие. Активное участие в преобразовании осадков принимают обитающие в иле организмы.

Во время диагенеза происходит уплотнение осадка под тяжестью образующихся выше него слоев, обезвоживание, перекристаллизация. Взаимодействие составных частей осадка между собой и окружающей средой приводит к растворению и удалению неустойчивых компонентов осадка и формированию устойчивых минеральных новообразований. Разложение отмерших животных организмов и растений вызывает изменение окислительно-восстановительных и щелочно-кислотных свойств осадка. К концу диагенеза

Осадочные горные породы занимают внушительную площадь земного шара. К ним относится большая часть всех полезных ископаемых, которыми так богата наша планета. В большинстве своем осадочные породы располагаются на материковой части, континентальном склоне и шельфе, и лишь незначительная часть - на дне морей и океанов.

Происхождение осадочных пород

Под разрушительным воздействием солнечного света, температурных колебаний, воды происходит выветривание твердых магматических пород. Они образуют различные по размеру обломки, которые постепенно распадаются до мельчайших частиц.

Ветер и вода переносит эти частицы, которые на каком-то этапе начинают оседать, образуя тем самым рыхлые скопления на поверхности суши и на дне водных водоемов. Со временем они затвердевают, уплотняются, приобретают свою собственную структуру. Так происходит образование осадочных горных пород.

Рис. 1. Осадочные горные породы

Как и метаморфические породы, осадочные относятся к вторичным горным породам. Они лежат только на поверхности земной коры, занимая около 3/4 площади всей планеты.

Поскольку практически все строительные работы ведутся на осадочных породах, очень важно в совершенстве знать свойства, состав и «поведение» этой разновидности горных пород. Этими и многими другими вопросами занимается наука инженерная геология.

Главным признаком осадочных пород является слоистость, уникальная для каждого природного соединения. В результате сдвигов земной коры первоначальные формы залегания осадочных пород нарушаются: появляются всевозможные разрывы, трещины, разломы, складки.

ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой

Рис. 2. Слоистость осадочных пород

Классификация горных пород

Процесс осаждения может проходить различными способами. В зависимости от его специфики выделяют несколько основных групп осадочных пород:

обломочные - формируются под действием выветривания и дальнейшего переноса частиц магматической породы;
хемогенные - результат выделения и осаждения веществ, которые образуются из насыщенных водных растворов;
биохимические - образуются вследствие химических реакций при участии живых организмов;
биогенные - результат разложения остатков растительных и животных организмов.

В природе нередко встречаются смешанные группы осадочных пород, на формирование которых оказало влияние сразу несколько факторов. Так, одним из ярких примеров осадочных горных пород смешанного типа является известняк, который в равной степени может иметь хемогенное, органогенное, биохимическое или обломочное происхождение.

Рис. 3. Известняк

Что мы узнали?

Осадочные породы занимают огромные площади поверхности Земли. Они могут располагаться как на суше, так и на дне морей и океанов. Любая осадочная порода формируется из разрушенных и видоизмененных магматических пород. В основе классификации пород лежат особенности процесса осаждения, который может происходить под влиянием многих факторов.