Обломочные породы

Реферат

Обломочные породы

Обломочные породы являются основными представителями осадочных пород и составляют около 20% объема осадочной оболочки Земли. К этой группе относятся породы, в которых обломочная часть составляет 50% и более от суммы всех остальных компонентов.

В основу классификации обломочных пород положены структура обломков, наличие цемента и минеральный состав.

Обломочные породы подразделяются по величине слагающих их обломков. В петрографии осадочных пород принята десятичная классификация обломочных частиц (Рухин, 1969). Она характеризуется тем, что конечные размеры выделяемых групп в 10 раз превосходят друг друга.

По размеру обломков выделяется четыре группы пород: грубообломочные (псефиты) с размером обломков более 1 мм, песчаные (псаммиты) – 1,0 – 0,1 мм, алевритовые (алевриты) – 0,1 – 0,01 мм и пелитовые (пелиты) – менее 0,01 мм (Логвиненко, 1984); по минеральному составу – мономинеральные, олигомиктовые и полиминеральные.

Текстурные особенности крупнообломочных пород определяются, прежде всего, наличием или отсутствием слоистости и ее характером, взаимным расположением обломков, их пространственной ориентировкой (справ.). Выделяют текстуры слоистые (горизонтально-слоистые, косо-слоистые, диагонально-слоистые и др.) и неслоистые, ориентированные (в том числе чешуйчатые, черепитчатые и др.) и неориентированные.

Для алеврито-песчаных пород характерны специфические текстуры. Это разнообразные косослойчатые текстуры, знаки ряби, градационная слоистость, а также следы жизнедеятельности организмов, гиероглифы, следы оползания осадков.

В обломочных породах по размеру частиц (d) выделяются следующие структуры:

1. Псефитовая – d более 1 мм

2. Псаммо - псефитовая – присутствуют до 50% зерна d = 1 - 0,1 мм.

3. Псаммитовая крупнозернистая – d = 1 – 0,5 мм.

4. Псаммитовая среднезернистая –d = 0,5 – 0,25 мм.

5. Псаммитовая мелкозернистая – d = 0,25 – 0,1 мм.

6. Алевро – псаммитовая – присутствуют до 50% зерна d = 0,1 – 0,01 мм.

7. Пелито – псаммитовая – присутствуют до 50% зерна d менее 0,01 мм.

8. Алевритовая крупнозернистая – d = 0,1 – 0,05 мм.

9. Алевритовая среднезернистая – d = 0,05 – 0,025 мм.

10. Алевритовая мелкозернистая - d = 0,025 – 0,01 мм.

11. Псаммо – алевритовая – до 50% присутствуют зерна d = 1 – 0,1 мм.

12. Пелито – алевритовая – до 50% присутствуют зерна d = 0,1 - 0,01 мм.

13. Пелитовая – d менее 0,01 мм.

В обломочных породах помимо обломочных зерен присутствует цемент. В этом случае характеристика структуры по размеру зерен дополняется характеристикой цемента. Различают такие типы цемента:

1. по количеству цемента и способу цементации: базальный – цемента много, обломочные зерна не соприкасаются друг с другом; поровый – цемент выполняет поры в породе; контактовый – цемента мало и присутствует он на контакте зерен.

2. по способу образования: крустификационный – обрастание обломочных зерен аутигенными минералами; регенерационный – разрастание зерен, образование каемки вокруг обломочных зерен из того вещества и часто с одинаковой оптической ориентировкой каемки и обломочного зерна; коррозионный – образуется благодаря коррозии обломочных зерен и цементации веществом того же состава; цемент выполнения – цементация породы происходит благодаря заполнению пор и пустот обломочным и аутигенным материалом.

По степени кристалличности вещества различают цемент аморфный и кристаллический. Кристаллический может иметь разную структуру: беспорядочную зернистую (зерна не имеют ни формы, ни определенной ориентировки), пойкилитовую или типа фонтебло (кристаллы цемента крупные, одновременно гаснущие в скрещенных николях, обломочные зерна рассеяны в них равномерно), радиально-лучистую (зерна цемента имеют радиально-лучистое строение), волокнистую (зерна цемента имеют волокнистое строение).

В большинстве случаев породы содержат несколько типов цемента. Так, в одной и той же породе может быть в одном месте поровый цемент, в другом – базальный или контактовый. В таких случаях говорят о смешанном типе цемента (цементации).

В породах, испытавших глубокие изменения в зоне метагенеза, наблюдаются структуры, напоминающие структуры метаморфических пород.

1.Конформно-регенерационная, обусловленная взаимным приспособлением зерен с растворением их и одновременной регенерацией.

2. Мозаичная, или гранобластовая структура – цемента нет, зерна непосредственно соприкасаются друг с другом, края зерен частично перекристаллизованы. Порода в шлифе имеет вид мозаики. Подобные структуры называют также кварцитовидными, так как они встречаются в каварцитах и кварцито-песчаниках.

3. Шиповидные и зубчатые структуры контакты между зернами зазубренные – микростилолитовые. Они образуются в результате растворения и перекристаллизации под воздействием стресса.

Грубообломочные породы

К этой группе относятся породы, содержащие 50% и более обломки размером более 1 мм по длинной оси. Это глыбы, валуны, галечные, щебеночные, гравийные и дресвяные породы.

Г л ы б о в ы е породы имеют размер обломков более 1 метра. Они могут быть угловатыми и окатанными; рыхлыми и сцементированными. В зависимости от этого глыбовые породы имеют соответствующие названия.

Г а л е ч н ы е и щ е б е н о ч н ы е породы состоят на 50% и более из обломков размером 10 – 100 мм. Щебеночные породы – это остроугольные, слабо- или совсем неотсортированные породы в отличие от галечных, характеризующихся довольно хорошей окатанностью и сортировкой. Рыхлые щебеночные породы называются щебенка, сцементированные – брекчия. Среди галечных пород выделяются - рыхлые – галечники, сцементированные – конгломераты. Щебеночные породы образуются за счет материала, возникшего в результате обвалов, осыпей, оползней, деятельности ледников и других геологических процессов. Цементом на суше в брекчиях является неотсортированный песчано – глинистый материал, в морских условиях – кальцит, доломит, кремнистое вещество. Эти породы получили незначительное распространение и имеют небольшую мощность. По генезису различают брекчию (щебенку) обвалов, карстовую, осыпей и др.

Галечные породы сложены различными по генезису обломками, чаще всего это известняки, песчаники, кремнистые отложения. В конгломератах обломки обычно сцементированы карбонатным, кремнистым, песчано – глинистым материалом. Галечники и конгломераты имеют различную мощность: на платформе – до первых метров, в геосинклинальных условиях и межгорных впадинах – до 3-х км.

Галечные породы разделяют на базальные и внутриформационные. Внуриформационные галечники и конгломераты залегают в виде линз и незначительны по мощности пластов среди осадочных образований и имеют локальное распространение. Базальные породы залегают в основании крупных стратиграфических комплексов и получили широкое распространение.

По условиях образования эти породы подразделяют на морские, речные, озерные, эоловые, флювиогляциальные, временных потоков.

Прибрежно-морские галечники и конгломераты образуются в области прибоя, в дельтах и в местах развития сильных донных течений. Здесь галька хорошо окатана и отсортирована по размеру. Удлиненные гальки прибойной полосы наклонены в сторону моря, углы наклона пологие. Галечники этого генезиса получили небольшое распространение и залегают в виде пластов небольшой мощности. Наличие морских галечников и конгломератов в геологическом разрезе свидетельствует о трансгрессии моря. В морских условиях происходит образование обломочно-химических конгломератов, к которым относятся фосфоритовые, глауконитово-фосфоритовые и другие.

Озерные галечники и конгломераты по сравнению с морскими характеризуются незначительным распространением и небольшой мощностью, исключение составляют отложения дельт горных рек, впадающих в озера и имеющих «значительные» мощности.

Речные галечники и конгломераты встречаются в долинах горных рек. Они плохо сортированы и слабо окатаны. Залегают в виде пластов и линз, имеющих мощность десятки и сотни метров. Образуют полосы, вытянутые вдоль речных долин, которые часто прерываются.

Флювиогляциальные галечники и конгломераты встречаются в местах развития ледниковых отложений, образование которых связано с перемывом морен. Они образуют небольшие по протяженности линзы с сильно изменчивой мощностью. По простиранию часто сменяются песками или мореными отложениями.

Эоловые галечники и конгломераты встречаются весьма редко. Их образование происходит в пустынях во время сильных бурь и ураганов.

Галечники и конгломераты временных потоков. Характеризуются несовершенной сортировкой и недостаточно хорошей окатанностью. Породы залегают в виде пластов и линз значительной мощности (сотни метров).

Г р а в и й н ы е и д р е с в я н ы е породы

Гравийные породы, состоящие из окатанных обломков размером от 1 до 10 мм подразделяют на гравийники – несцементированные образования и гравелиты – породы, сцементированные карбонатным, карбонатно-глинистым и песчано-глинистым материалом. Породы ассоциируют с галечниками и конгломератами и имеют одинаковые условия образования. Мощность этих пород составляет десятки сантиметров – первые метры.

Дресвяные породы характеризуются не окатанными обломками, имеющими тот же размер, что и гравийные породы. Рыхлые породы называют дресвяник, сцементированные – дресвит, где цементирующая масса представлена песчано-глинистым не отсортированным материалом. Они ассоциируют с щебеночными породами. Мощность их невелика и составляет первые метры.

Грубообломочные породы присутствуют среди отложений самого различного возраста. Особенно они часто формируются в районах, прилежащих к горным сооружениям в эпохи их интенсивного поднятия (Рух.). Этим объясняются и периодичность образования мощных конгломератовых толщ, приуроченность их к поверхностям размыва и их ассоциация с полимиктовыми песчаными породами. Например, конгломераты получили широкое распространение в докембрийских, силурийских, девонских и верхнепалеозойских образованиях Урало-Тянь-Шаньской геосинклинальной области, в юрских отложениях Прибайкалья, а также в верхнетретичных породах Альпийской складчатой области.

Песчаные породы

Песчаные породы получили наибольшее распространение среди обломочных осадочных образований. К ним относятся породы, состоящие на 50% и более из частиц размером 1,0 -),1 мм. Среди них встречаются рыхлые образования, называемые песками, и сцементированные – песчаники. Форма обломков, зерен может быть различная, что зависит от продолжительности транспортировки, размера, механической и химической устойчивости. В связи с этим зерна разделяют по степени окатанности на хорошо окатанные, полуокатанные, неокатанные и остроугольные или резко угловатые.

Главными породообразующими минералами песчаных пород являются кварц, калиевые полевые шпаты, слюды (мусковит, биотит), халцедон, глауконит, кислые плагиоклазы (Логвиненко, 1984), каолинит, гидрослюды. Кроме того, в обломочной части могут присутствовать обломки изверженных, метаморфических пород. В песчаных породах в незначительном количестве содержатся акцессорные минералы, выраженные гранатом, турмалином, цирконом, рутилом, ставролитом, дистеном, монацитом. Рудные непрозрачные минералы – магнетит, ильменит, гематит, пирит, марказит, лейкоксен составляют первые проценты обломочной части.

В составе песчаных пород значительная роль принадлежит постдиагенетическим минералам, таким как регенерационные кварц, микроклин, ортоклаз, плагиоклазы, а также новообразования кальцита, доломита, халцедона, каолинита, гидрослюд, альбита, оксидов и сульфидов железа.

В сцементированных породах – песчаниках цемент представлен глинистым, карбонатным, кремнистым, железистым, фосфатным, сульфатным веществом. Различают основные типы цемента: базальный (зерна не соприкасаются), заполнения пор (зерна соприкасаются, а цемент выполняет поры), пленочный (цемент покрывает зерна лишь пленкой, а большая часть пор остается пустой), соприкосновения или контактовый (цемент находится лишь в местах соприкосновения, на контакте зерен). В постседиментационные стадии могут образоваться следующие типы цемента: регенерационный, коррозионный, крустификационный.

По соотношению между породообразующими минералами – кварцем, полевыми шпатами и обломками пород выделяют три главные группы песчаных пород: мономинеральные, олигомиктовые и полимиктовые.

Мономинеральные песчаные породы представлены, главным образом, кварцем, реже полевым шпатом.

Олигомиктовые породы сложены, в основном, кварцем (более 75%), кроме того, они содержат примеси (до 20% и более) полевых шпатов, глауконита, обломки пород.

Полимиктовые песчаные породы разделяют на аркозовые и граувакковые. Они характеризуются пониженным содержанием основного минерала (до 75%) или его отсутствием, причем некоторые минералы могут присутствовать в равных количествах.

Аркозовые песчаные породы образуются за счет продуктов разрушения пород. В них основными минералами являются кварцу, полевой шпат. Кроме того, содержатся слюды, окислы железа, глауконит, хлорит. В этих породах присутствуют обломки изверженных пород кислого состава (до 15%), что обусловливает светлую, розово-серую, желтовато-серую окраску.

Граувакковые песчаные породы состоят из тех же минералов, что и аркозовые. Однако, в отличие от последних, они содержат значительное количество обломков пород (более 15%) магматических основного и ультраосновного состава, метаморфических пород. Присутствие темноцветных минералов в граувакках придает им серый, зеленовото-серый, темно-серый до черного цвета.

Песчаные породы образуются в различных обстановках. По условиям формирования выделяются прибрежно-морские, морские, озерные, речные, дельтовые, флювиогляциальные, эоловые песчаные породы.

Прибрежно-морские песчаные породы образуются в прибрежной мелководной зоне морских бассейнов и в узкой полосе суши, прилегающей к морю. По структуре они средне- и мелкозернистые. Для отложений данного типа характерны хорошая окатанность и сортировка обломочных частиц. Породообразующими минералами, в основном, являются кварц, ортоклаз, микроклин, присутствуют обломки кремнистых пород. Цементом в песчаных породах служит аутигенный материал – кварц, кальцит, реже глинистое вещество. Иногда, особенно на небольших глубинах, цемент совсем отсутствует.

Морские песчаные отложения образуют значительные по размерам геологические тела, имеющие форму пласта с постепенно возрастающей мощностью в направлении моря. Как правило, в сторону берега они замещаются прибрежно-морскими отложениями. Среди протяженных пластов встречаются локальные тела – бары. Последние протягиваются параллельно береговым линиям в виде валов, имеющих ширину до 2-5 км и высоту несколько километров. Они слагаются песчаным материалом с примесью битой ракуши, гравия и других компонентов.

Морские песчаные отложения характеризуются относительно однородным литологическим составом. Если происходит обрушение береговых склонов, сложенных магматическими или метаморфическими горными породами, то будет происходить формирование песчаных отложений полимиктового состава – аркозовых и граувакковых, а также кварц - полевошпатовых. В результате разрушения обломочных осадочных пород могут образовываться олигомиктовые и даже мономинеральные породы, в которых кварц будет преобладающим минералом. Цементом в морских песчаниках является глинистый материал, кальцит и его смеси.

Озерные песчаные отложения очень близки к морским по внешнему облику и составу. Отличие состоит в незначительном площадном распространении, мощности, составе фауны, наличии диагональной слоистости, примеси глин и глинистых прослоев.

Речные пески и песчаники протягиваются на сотни и тысячи километров при относительно небольшой мощности, которая может составлять первые метры. Песчаные породы значительно слабее отсортированы по сравнению с морскими. Наряду с песчаными частицами нередко присутствуют алевритовые и глинистые частицы, неразложившийся растительный материал, иногда обломки фауны. В отложениях горных рек часто присутствует гравийный и галечный материал. Среди речных песчаных пород встречаются олигомиктовые и полимиктовые. Породы имеют косослоистую и горизонтально-слоистую текстуру.

Дельтовые песчаные породы слагают геологические тела сложной формы, резко меняющейся по мощности. Породы имеют непостоянный гранулометрический состав. Они содержат значительную примесь глинистого материала, являющегося и цементом пород, а также повышенное содержание органического вещества.

Флювиогляциальные песчаные породы получили распространение среди ледниковых отложений и слагают линзовидные тела небольшого размера и мощности. Для них характерна низкая сортировка и слабая окатанность обломочного материала.

Эоловые песчаные породы формируются в областях сильными ветрами и наиболее характерны для пустынь, полупустынь, островов и прибрежных частей суши. На побережьях морей песчаные тела формируются в виде одиночных дюн или их систем, располагающихся рядами параллельно береговой линии. В пустынях встречаются песчаные тела в виде барханов. Дюны и барханы известны в ископаемом состоянии.

Песчаные эоловые отложения сложены однородными обломочными зернами, с преобладающим размером 0,1 – 0,25 мм. Обломочные частицы хорошо окатаны, имеют полированную поверхность. В породах обычно отсутствует глинистый и алевритовый материал. Для эоловых песчаников характерна пологая волнистая и косая слоистости, редкие, тонкие прослои глинисто-алевритовых пород.

Песчаные отложения широко распространены среди древних осадочных пород и составляют около 15-20% их объема (Рухин, 1969). Главные минералогические типы песчаных пород закономерно размещены в пространстве и во многом зависят от тектонического режима земной коры. Полимиктовые песчаники образуются в эпохи энергичных поднятий и опусканий земной коры и приурочены в основном к геосинклиналям. Граувакки отмечаются среди глинисто-сланцевой геосинклинальной формации, аркозовые – среди малассовых толщ совместно с конгломератами. Образование кварцевых песков происходит в спокойных тектонических условиях, когда возможно разрушение осадочных толщ. Этим и обусловлена приуроченность месторождений кварцевых песков к платформам. Песчаные толщи распространены в кембрийских, нижнекаменноугольных отложениях Прибалтики, среди мезозойских и третичных образований Русской платформы. Редко формирование кварцевых песчаных пород происходит вблизи коры выветривания в результате глубокого химического разложения кислых кристаллических пород.

Алевритовые породы

Алевритовые породы – это породы, состоящие на 50% и более из обломочных частиц величиной 0,01 – 0,1 мм. Рыхлые породы называют алевритами, сцементированные – алевролитами. Алевритовые породы характеризуются небольшими мощностями – от сантиметров до нескольких метров, а в редких случаях сотен метров. Они залегают в виде слоев, пластов, линз.

По минеральному составу обломочной части алевритовые породы практически не отличаются от песчаных, за исключением того, что в алевритовых породах выше доля устойчивых минералов, таких как кварц, мусковит, халцедон. Роль калиевых полевых шпатов, плагиоклазов, а также обломков пород в алевритовых образованиях заметно ниже. В этих породах значительно больше присутствует глинистого материала, устойчивых акцессорных минералов, оксидов и гидроксидов железа, органического вещества. Среди алевритовых пород также как и среди песчаных выделяются мономинеральные, олигомиктовые и полимиктовые разности. По количеству и структуре встречаются те же типы цемента, что и в песчаных породах: базальный, поровый, контактовый, регенерационный, коррозионный, крустификационный.

Алеритовые породы имеют текстуры неслоистые и слоистые: горизонтально-слоистые, волнисто-слоистые, диагонально-слоистые. Основная структура пород – алевритовая, при наличии песчаных частиц она будет псаммо-алевритовой, глинистых – пелито-алевритовой.

Образование алевритовых пород, как и песчаных, происходит в различных палеогеографических обстановках, наиболее распространенными из которых являются морские, озерные, речные и эоловые разности. К последним относится лесс.

Лесс - это обломочная порода, основная масса (60 -95%) которой, состоит из частиц размером 0,05 - 0,005 мм. Он является непластичной породой, высокопористой (пористость до 50%), где частицы держатся в куске благодаря межмолекулярным силам и цементации. Лесс легко растирается пальцами и растворяется в воде. Эта порода сложена преимущественно кварцем с незначительной примесью полевого шпата, акцессорных, глинистых (гидрослюда, монтмориллонит), аутигенных (кальцит, гипс) минералов. Наиболее обоснованной является эоловая гипотеза происхождения данной породы. Лессовыми породами покрыты значительные пространства, где их мощность может достигать сотен метров.

Алевритовые породы широко распространены среди песчано-глинистых толщ.

Обломочные породы нашли широкое применение в различных отраслях промышленности, главным образом, в стройиндустрии. Рыхлые разновидности грубообломочных пород – галечники и гравий – используются как железнодорожный балласт, а также употребляются при изготовлении бетона и в дорожном строительстве. Для указанных целей наиболее пригодны чистые разновидности, не содержащие пылеватых частиц. Некоторые грубообломочные породы представляют особый интерес в связи с тем, что в их цементе встречаются ценные полезные ископаемые, такие как золото, алмазы, платина и другие.

Песчаные породы – важное полезное ископаемое. Кварцевые песчаники служат сырьем для получения динаса – огнеупорного материала, используемого в стекольной и металлургической промышленности для постройки плавильных печей. Пески и песчаники, содержащие не менее 98,5% кремнезема, применяются для получения оконного стекла, а самые чистые кварцевые пески с содержанием кремнезема более 99,8% - для изготовления оптического стекла. Кварцевые пески и песчаники применяются в керамическом и литейном производстве, для приготовления кирпича, бетона, в дорожном строительстве. С песчаными породами связаны промышленные скопления углеводородов и россыпные месторождения золота, тория, титана, олова и других металлов.

Алевритовые породы с прочным цементом нашли применение для мощения дорог, при строительстве зданий. Лессовые породы используют в строительном деле, для изготовления самана и кирпича.

Литература

Абрамов Л. Г., Кочерова Я. Д. Исследование процессов пучения грунтов. — Вестник ВНИИ железнодорожного транспорта, 2006.

Ананьев, В. П. Инженерная геология : учеб. для строит. спец. вузов / В. П. Ананьев, А. Д. Потапов. – 5-е изд., стер. – М. : Высш. шк., 2007. – 575 с.

Беляев К. И. Предотвращение пучинистых деформаций грунтов.— Строительная промышленность, 2007.

Бесков Г. Пучины и их образование. — Морозообразование и морозо-поднятие, 2006.

Черкашин В. А. Опыт борьбы с выпучиванием малонагруженных фундаментов с районе распространения вечномерзлых грунтов. — Основания фундаменты и механика грунтов, 2007.

Обломочные породы