Песчаные и алевритовые породы

Песчаные породы (псаммиты) состоят из обломочных зерен размером 0,1—1 мм.

Алевритовые породы слагаются обломочными частицами раз­мером 0,1—0,01 мм.

Некеторые литологи (Рухин, 1969, и др.) устанавливают иные границы для группы песчаных пород, соответствующие, по мнению этих исследователей, 0,05 и 2 мм. Такие же границы приняты в грунтоведении (В. В. Охотин, 1940 г.; Е. М. Сергеев, 1959 г.).

Рыхлые разности песчаных пород называют песками, алеврито­вых — алевритами; сцементированные породы называются соответ­ственно песчаниками и алевролитами.

Термины «алеврит» и «алевролит» предложены А. Н. Завариц-ким и являются в настоящее время общепринятыми. Ранее для соответствующих пород применялись названия «мелкозем», «пыль», «силт», «пылеватая глина» и др. Указанные термины сохранились

Таблица 18

Классификация песчаных и алевритовых пород по гранулометрическому составу

в работах, посвященных вопросам гидрогеологии и инженерной геологии.

Породы	Гранулометри­ческие группы	Размеры об­ломочных зерен, мм
Песчаные Алевритовые	Кру пнозернистые Среднезернистые Мелкозернистые Крупнозернистые Мелкозернистые	1—0,5 0,5—0,25 0,25—0,1 0,1—0,05 0,05—0,01

Классификация. Пес­чаные и алевритовые поро­ды классифицируются по размерам и минеральному составу обломочных зерен (табл. 18).

Рыхлые и слабо сцемен­тированные разности пес­чаных пород характеризу­ются относительно высокой пористостью и относительно низкими плотностью и объ­емным весом, механической прочностью и магнитной восприим­чивостью. Удельное электрическое сопротивление песчаных пород изменяется в широких пределах, возрастая с уменьшением их по­ристости и минерализации пластовых вод и увеличением нефте-и газонасыщенности.

Мелкозернистые алевритовые породы, как правило, содержат значительную примесь глинистого материала и по своим физиче­ским свойствам близки к глинам. Крупнозернистые разности суще­ственно не отличаются от песчаных пород.

По минеральному составу обломочного материала песчаные и алевритовые породы подразделяются на мономинеральные, олиго-миктовые и полимиктовые.

Мономинеральные породы сложены обычно зернами кварца (составляющего не менее 95% обломочного материала). Встре­чаются редко.

Олиг\миктовые породы характеризуются преобладанием од­ного минерала (от 75 до 95%) и примесью других минералов. Чаще всего к этой группе относятся полевошпато-кварцевые и слюдисто-кварцевые песчаники и алевролиты.

Полимиктовые породы отличаются разнородностью состава обломочных зерен, среди которых могут присутствовать как раз­личные минералы, так и обломки пород. Следует отметить, что алевролиты обычно сложены мономинеральными зернами, облом­ки пород в их составе встречаются редко. В группе полимиктовых песчаников выделяют аркозы и граувакки.

Аркозами называют песчаники кварц-полевошпатового со­става, образовавшиеся чаще всего за счет разрушения гранитов и гнейсов, на которые аркозы похожи макроскопически. Аркозовые песчаники обычно розового или розовато-палевого цвета с харак­терной «крапчатостью» окраски за счет выветрелых полевых шпа­тов. Содержание полевых шпатов не ниже 25—30%. Количество кварца изменяется в обратной пропорции к полевому шпату, но не превышает 60%. Цемент карбонатный, железистый, кремни­стый или неоднородный, состоящий из тонкоизмельченных мине­ралов и глинистых продуктов их разложения. Структура аркозо-вых песчаников может быть различной, текстура беспорядочная или грубослоистая. Микростроение аркозового песчаника пока­зано на рис. 119.

Граувакка —■ полимиктовый песчаник, состоящий из облом­ков различных пород и подчиненного количества минеральных зе­рен. Характерна слабая окатанность обломочных компонентов и плохая сортировка граувакковых песчаников по гранулометриче­скому составу (рис. 120). Цемент разнородный, полиминераль­ный. Структура неравномернозернистая. Текстура беспорядочная или грубослоистая.

Имеется также иное толкование термина «граувакка». Неко­торые исследователи называют граувакками песчаники, состоящие из продуктов разрушения основных изверженных пород. Амери­канские литологи считают обязательным для граувакк наряду с преобладанием обломков пород значительное содержание (не ме­нее 20% объема породы) связующего глинистого материала.

Типичным представителем алевритовых образований является лёсс, широко распространенный среди четвертичных отложений. Лёсс представляет собой легкую пористую породу светло-желтого цвета. Характерно отсутствие ясно выраженной слоистости, нали­чие вертикальных трубочек, образовавшихся, вероятно, после раз­ложения стебельков, корней растений и карбонатных конкреций. В сухом состоянии^ лёсс обладает большой прочностью. Своеоб­разной особенностью лёсса является его просадочность, усили­вающаяся при увлажнении грунта. Легко проникающая в эту пористую породу вода растворяет карбонаты, гипс и другие аути-генные минералы, цементирующие обломочные зерна, в результа­те чего порода теряет прочность и под тяжестью построек сдавли-

Рис. 119. Аркозовый песчаник. Восточное Забайкалье.

Увел. 35, николи +.

Рис. 120. Граувакковый песчаник. Восточное Забай­калье. Увел. 35, николи +.

вается, уплотняется и оседает. Лёсс имеет эоловое происхождение, накапливается в условиях сухого климата на континентах. Он ши­роко развит в Китае, в Средней Азии и на Украине.

Песчано-алевритовые породы смешанного состава. Широким распространением пользуются породы, содержащие приблизитель­но равное количество песчаного и алевритового материала. Нередко также встречаются породы, в которых наряду с песчаны­ми и алевритовыми частицами имеется значительное количество карбонатного или глинистого вещества.

Существует два способа наименования подобных пород. Пер­вый способ является общепринятым в литологии. Название поро­ды определяется тем компонентом, содержание которого превы­шает 50% ее состава. Примеси выражаются прилагательными с разными суффиксами: для обозначения компонентов, присутствую­щих в количестве более 25%, используются суффиксы «ов» или «ан» (например алевритовый), для менее обильной примеси — суффикс «ист» (например песчанистый), для примеси, составляю­щей менее 10%, предлог «с». Таким образом, сцементированная песчаная порода с алевритовой примесью, составляющей 20%, мо­жет быть названа «песчаник алевритистый». Иногда непосредст­венно за названием каждого компонента в скобах проставляется его процентное содержание.

Второй способ наименований заключается в том, что разно­видностям смешанных пород в зависимости от вариаций процент­ного содержания компонентов присваиваются определенные назва­ния. Широко известно, например, принятое в грунтоведении под­разделение глинисто-алеврито-песчаных отложений на глины, су­глинки, пылеватые суглинки, супеси, пылеватые супеси и пески *.

Указанное выше различие принятой терминологии необходимо учитывать при использовании результатов петрографического изучения пород при инженерно-геологических и гидрогеологиче­ских исследованиях.

Условия образования песчаных и алевритовых пород. Песча­ные и алевритовые породы — продукты физического выветрива­ния материнских пород. Отложение обломочного материала мо­жет происходить в самых разнообразных морских и континенталь­ных условиях. Выделяют прибрежные, донные, речные и эоловые разновидности песчаных и алевритовых пород. Их принадлежность к тому или иному генетическому типу можно определить по ха­рактеру слоистости, гранулометрическому и минеральному со­ставу, органическим остаткам, знакам на пластовых поверхностях и ряду других признаков.

Обломочный материал выпадает в осадок в водных бассей­нах, подчиняясь воздействию силы тяжести, в тот момент, когда Динамическая сила воды снижается настолько, что она теряет спо-

* Обычно указанная номенклатура применяется только для пород четвер­тичного возраста.

собность перемещать взвешенные частицы. В периферических ча­стях бассейна обычно осаждается песчаный материал, в централь­ной — алевритовый и глинистый. Во многих случаях реальная картина распределения осадков в водоеме оказывается более слож­ной, так как она может быть обусловлена рельефом дна бассейна осадконакопления, воздействием течений и рядом иных причин.

Размещение в пространстве главных петрографических типов песчаных и алевритовых пород находится в зависимости от текто­нического режима земной коры. Мономинеральные и олигомикто-вые их разности образуются преимущественно на платформах и являются продуктом медленного накопления обломочного материа­ла вдали от области сноса. Длительный перенос способствует при этом разрушению всех неустойчивых компонентов. Полимиктовые породы встречаются почти исключительно в геосинклинальных об­ластях, там, где создаются условия для быстрого накопления об­ломочного материала вблизи от места разрушения материнских пород.

Практическое использование. Пески находят применение в сте­кольном производстве, в литейном деле (формовочные пески), для изготовления бетона и других стройматериалов. Песчаники ис­пользуются как бутовый камень, для изготовления огнеупорного кирпича — динаса и пр.

С песчаными породами связаны россыпные месторождения та­ких ценных полезных ископаемых, как золото, платина, алмазы, касситерит, циркон и т. п. Цементом песчаников могут служить сульфиды меди.

Алевритовые породы находят меньшее применение. Лёсс ис­пользуется для изготовления самана и кирпича. Алевриты с проч­ным цементом иногда употребляются как строительный камень.

Методические рекомендации к петрографическому описанию песчаных и алевритовых пород

Песчаные и алевритовые породы не только являются сами объ­ектом разработки, но и вмещают многие полезные ископаемые, такие, как уголь, нефть, железные руды и т. д. Для успешных поисков и разведки подобных полезных ископаемых необходимо изучать состав и строение обломочных пород, характер их измене­ния на площади и по разрезу, т. е. все те признаки, которые по­зволяют судить об условиях образования осадочной толщи.

Песчаные и алевритовые породы изучаются макроскопически и под микроскопом — в шлифах и иммерсионных препаратах. Из числа лабораторных методов наиболее важную роль играет гра­нулометрический анализ.

Макроскопическое описание. В полевых условиях производится описание обнажений, составляются литологические разрезы и от­бираются образцы пород для изготовления шлифов и лаборатор­ных исследований. При макроскопическом описании породы необ-

ходимо отметить ее цвет, структурные и текстурные особенности, минеральный состав обломочного материала и цемента, присутст­вие новообразований и органических остатков, крепость, пори­стость и прочие физические свойства.

Особое внимание следует уделять изучению степени выветре-лости песчаных и алевритовых пород, определяющей в известной мере их прочность, водопроницаемость, устойчивость в откосах. Признаками выветривания могут служить посветление породы, появление поверхностной пятнистой окраски, бурых натеков и ко­рочек гидроокислов железа. Легкорастворимые породы становятся пористыми и кавернозными. Как указывалось выше, различные минералы реагируют на процессы выветривания по-разному. Наи­большую устойчивость к выветриванию при прочих равных усло­виях имеют песчаные и алевритовые породы, сложенные кварцем. Устойчивость этих пород уменьшается, если в их составе много по­левых шпатов, биотита, хлорита, пирита, гипса.

Описание в шлифах. Микроскопическое изучение породы в шли­фах позволяет уточнить данные, полученные при визуальном ее ис­следовании. Описание шлифов является наиболее эффективным методом изучения песчаных и алевритовых пород, который дает обычно достаточно материала для их исчерпывающей характери­стики и позволяет в случае необходимости выбрать и обосновать наиболее рациональный комплекс их дальнейшего лабораторного исследования.

При описании шлифа песчаной или алевритовой породы обыч­но выделяют обломочный и аутигенный материал и характери­зуют их раздельно.

Среди обломочных зерен различают: 1) главные, 2) примесь (До 10% состава обломочных зерен) и 3) акцессорные (0,5— 2%). Характеризуя обломочный материал, следует указать про­центное соотношение главных породообразующих минералов (за 100% принимаются все обломочные зерна).

При описании каждого породообразующего минерала следует отметить его типоморфные особенности. Так, например, наблюдая зерна 1 варца, необходимо отметить их форму, прозрачность, наличие включений, характер погасания и т. п. Полевые шпаты характеризуются как по составу, так и по морфологическим при­знакам. Особое внимание следует уделить степени их изменен­ное™.

Исследуя обломки пород, необходимо дать названия пород или определить группу, в которую они входят (например кислые эф-фузивы, метаморфические породы и т. д.).

Точная диагностика и количественная характеристика акцес­сорных минералов обычно производятся после извлечения их из разрыхленной породы (с применением тяжелых жидкостей) в им­мерсионных препаратах.

Структура породы определяется путем измерения размеров об­ломочных зерен с помощью окуляр-микрометра. Если порода не-

равномернозерниста, следует указать процентное соотношение зе­рен различных размеров. Это делается либо приблизительно (на глаз), либо при помощи окулярной сетки или специальных счет­ных приборов. Вторым структурным признаком является форма обломочных зерен, для оценки которой полезно сверяться с рисун­ком 110.

Характеризуя цементирующий материал, необходимо указать его количество, минеральный состав и строение. Цементом обло­мочной породы могут служить глинистые, карбонатные, желези­стые, кремнистые и некоторые другие аутигенные минералы. Иног­да, преимущественно в полимиктовых песчаниках, цемент состоит из тонкозернистого материала, сходного по составу с более круп­ными обломками, или слагается продуктами разложения послед­них.

В заключение описания шлифа следует отметить обнаружен­ные в породе органические остатки и минеральные новообразо­вания. Последние характеризуются отсутствием окатанности, сфе-ролитовой, оолитовой или иной структурой, свойственной мине­ралам осадочного генезиса.

При описании шлифа необходимо дать характеристику микро­текстуры, которая может быть беспорядочной или микрослои­стой.

Результатом проведенных наблюдений является развернутое название породы, в котором должны быть отражены сведения о ее минеральном составе и строении (например песчаник среднезернн-стый кварцевый с глинистым цементом). Название породы обычно приводится в начале описания, хотя сформулировать его удается лишь после завершения изучения породы.

Описание шлифа обломочной породы может быть выполнено по следующему плану: 1) название породы, 2) количественная и каче­ственная характеристика обломочных зерен, 3) величина и форма обломочных зерен — структура породы, 4) количество цементирую­щего материала, тип цементации, 5) минеральный состав и строе­ние цемента, 6) минеральные новообразования, 7) органические остатки, 8) микротекстура.

Гранулометрический анализ. При изучении шлифов можно по­лучить лишь приблизительные сведения о размере обломочных ча­стиц, так как в шлифах замеряется не истинный размер зерен, а их случайные сечения. Кроме того, шлиф не может быть представи­тельным для породы в целом, поскольку в нем рассматри­вается лишь ничтожно малый ее участок. Если необходимы бо­лее точные данные о структуре породы, прибегают к грануломет­рическому (механическому) анализу, при помощи которого определяется количество частиц различного размера в составе терригенных пород.

Гранулометрическому анализу подвергаются как рыхлые, так и сцементированные породы. В последнем случае цементирующий материал предварительно удаляют размачиванием (иногда кипяче-

нием) в воде или путем обработки породы различными реакти­вами, чаще всего соляной или уксусной кислотой. После дезинтеграции породу разделяют на фракции по вели­чине зерен. Такое разделение осуществляется рассеиванием обло­мочных частиц на ситах или отмучиванием их в воде (по методу Сабанина). Иногда для

АлеНрит

1007. Оесон

* „ * 13 —алеврпто-песчаная глина; И —песчано-алеври ЛЮбОИ ТреХКОМПОНеНТНОИ говая глина: 15 — алевритовая глина: группа сме- системы может быть вы- шаниых пород: г'лв„~^ь1 Й^*талеврит' '8_су' ражен в виде точки (рис. 121). В зависимости от того, в какую часть треугольной диа­граммы попадает точка, соответствующая составу породы, по­следняя получает то или иное наименование.

этой цели применяют также центрифуги. Вы­деленные фракции раз­личных размеров взве­шивают на весах и опре­деляют процентное со­держание каждой фрак­ции в составе обломоч­ной породы.

Данные грануломет­рического анализа поз­воляют правильно на­звать породу и устано­вить ее структуру. Тер-ригенные породы можно рассматривать как трех-компонентные системы: песок — алеврит — гли­на. За основу классифи­кации этих пород прини­мается треугольная ба­рицентрическая диаграм­ма, на которой состав

100% Глина

 

Рис. 121. Схема структурной классификации песчано-алевритово-глинистых пород (по Л. В. Пустовалову, М. А. Кашкаго, Ш. А.

 

Азизкооу): Группа песчаных пород: / — песок. 2 — алевритовый песок. 3 — глинисто-алевритовый песок. 4 — алеври-го-глкнистып песок. 5~ глинистый песок; группа алевритовых пород: 6 — алеврит, 7 — песчаный алев­рит, 8 — глинисто-песчаный алеврит. 9 — песчано-глинистый aieePHT, 10 — глинистый алеврит; группа глинистых пород: // — глнна. 12 — песчаная глииа,