Обломочные сцементированные породы

Рыхлые обломочные породы в природных условиях могут подвергаться цементации за счет веществ, выделяющихся из циркулирующих 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 прочных кристаллизационных связей между отдельными частицами вследствие цементации меж частичного пространства. В итоге геологической «жизни» сцементированные крупнообломочные породы и пески превращаются в конгломераты, брекчии, песчаники, т.е. в грунт с жесткими кристаллизационными связями. Обычно это происходит в зоне цементации, которая располагается в земной коре на некоторой глубине ниже зоны выветривания.

Цементирующие вещества по-своему составу могут быть кремнеземистыми, железистыми, известковыми и глинистыми. Наиболее прочным является кремнеземистый цемент, наименее прочным – глинистый. Наиболее широко распространены следующие типы сцементированных осадочных пород: конгломераты, брекчии, алевролиты и аргиллиты.

Алевролиты и аргиллиты образуются при «окаменении» песчано-пылевых и глинистых пород вследствие их уплотнения, повышения температуры и кристаллизации коллоидов.

Алевролиты и аргиллиты редко образуют однородные тела значительных размеров. Чаще всего они залегают прослоями в толще песчаных или песчано-карбонатных пород. В зависимости от гранулометрического состава они могут быть песчаными, пылеватыми и глинистыми. Характеристика состава является определяющей в оценке формирования физико-механических свойств описываемых пород, но главнейшими факторами, сказывающимися на прочностных параметрах алевролитов и аргиллитов, являются тип и состав цемента. В зависимости от цемента алевролиты и аргиллиты образуют обширный ряд последовательных переходов от слабо прочных разностей, близких по своим свойствам к глинам, до окварцованных пород, среднее значение прочности которых превышает 100 МПа.

Описываемые породы практически всегда неморозостойкие, не выдерживают механического перемятия и размягчения, а также резких температурных колебаний. Породы выветриваются исключительно быстро, чему способствует слоистая структура.

 

 

Хемогенные породы образуются в результате выпадения из водных растворов химических осадков. К таким породам относятся различные известняки, известняковый туф, доломит, ангидрит, гипс, каменная соль и др. Общей для этих пород особенностью является их растворимость в воде и трещиноватость.

Наиболее распространенными представителями хемогенных пород являются известняки, которые по своему происхождению могут быть также обломочными, органогенными.

Органогенные (биохемогенные) породы образуются в результате накопления и преобразования остатков животного мира и растений, отличаются значительной пористостью, многие растворяются в воде; обладают большой сжимаемостью. К органогенным породам относятся известняк-ракушечник, диатомит.

Кремнистые породы химического и биохимического происхождения встречены и описаны среди самых разновозрастных отложений. Характерным представителем кремнистых пород являются опоки. Они встречаются в Среднем и Нижнем Поволжье, на восточном склоне Урала, в западной части Западно-Сибирской низменности и ряде других районов.

Опоки сложены тонкозернистым опалом, содержание которого достигает 85-90%. Обычно в опоках полностью отсутствуют частицы крупнее 0,1мм, а частиц, которые меньше этой величины, содержится более 70-80%. Рядом промежуточных типов опоки связаны с глинистыми и песчаными породами.

Типичные опоки имеют желто-серый и светло-серый цвет. Практически во всех разностях опок обнаруживается раковистый излом.

Общими особенностями опок являются: высокая пористость; большая влагоемкость; сравнительно высокая прочность в сухом состоянии и значительное ее падение при водонасыщении; слабая морозоустойчивость.

К кремнистым породам относятся диатомиты и трепелы.

Карбонатные осадочные породы. Среди карбонатных пород наиболее широко распространены известняки и доломиты, значительно реже встречается мел, хотя местами он образует значительные залежи. Помимо чистых разностей указанных пород описано большое число "смешанных" типов: мергелей, известковых песчаников и т.д.

Известняки, как правило, образуются в морских условиях и в зависимости от примесей (глинистых, битуминозных и др.), структуры и текстуры их обладают значительно разнящимися свойствами.

Наиболее прочными являются массивные мелкозернистые перекристаллизованные окварцованные известняки. Кристаллические известняки разнообразны по структуре: от мелкозернистых до крупнозернистых и даже брекчевидных. Наличие кремнистого материала положительно сказывается на прочностных характеристиках известняков, в то время как примесь глинистого материала может сыграть отрицательную роль. Прочность массивов, сложенных карбонатными породами, в основном определяется их трещиноватостью различного происхождения. Наиболее стойкими к выветриванию являются массивные мелкозернистые окремневшие или окварцованные известняки. Особенно же легко выветриваются плитчатые и рассланцованные разности.

Доломиты наряду с известняками являются широко распространенными породами карбонатного комплекса. Обычно это мелко- или среднекристаллические породы. Довольно часто доломиты содержат повышенное содержание кальцита, а в отдельных случаях отмечена примесь глинистого материала. Доломиты обычно имеют высокие показатели физико-механических свойств.

При фильтрации через доломиты сульфатных вод образуется вторичный кальцит, выщелачивание которого зачастую приводит к образованию доломитовой муки. Доломитовая мука залегает в виде линз или относительно выдержанных по мощности прослоев. Доломитовая мука состоит в основном из доломита (87-99%) и кальцита (13-1%). Главные физико-механические свойства доломитовой муки во многом сходны со свойствами тонкозернистых песчаных грунтов.

Одной из очень интересных карбонатных пород является мергель. Это известково-глинистая порода, у которой глинистые частицы сцементированы карбонатным материалом. Распределение глинистого и карбонатного вещества в мергеле чаще всего равномерное.

Обычно под мергелем понимают такую породу, у которой содержание СаСО₃ колеблется в пределах 25-30%. При большем содержании СаСО₃ порода получает название мергелистый известняк, а при меньшем - глинистый мергель.

Физико-механические свойства мергелей в связи с содержанием карбонатов и степени их дисперсности изменяются в очень широком диапазоне. Мергель способен набухать благодаря содержащемуся в нем глинистому веществу. На природных склонах и откосах мергели быстро выветриваются.

Немаловажной особенностью мергелей, обусловленной уникальностью их состава (карбонаты + глина), является (практически без дополнительного обогащения) возможность использования их в качестве природного сырья для производства цемента. Так, мергели карбонатного флиша Цемесской бухты Черного моря служат сырьем для знаменитых новороссийских цементных заводов.

Своеобразной породой карбонатного состава белый писчий мел. Мел является органо-хемогенной породой, сформировавшейся в особых условиях, когда одновременно с наличием известковых остатков организмов шло выделение из воды неорганического кальцита. Однородность мела высока, а содержание кальцита всегда больше 90% (92-97%).

Мел имеет значительную пористость и трещиноватость. Прочность мела изменяется в значительных пределах в зависимости от его состава, пористости и влажности. Благодаря слабой цементации и большой влагоемкости мел имеет очень низкую морозоустойчивость. Мел и мелоподобные породы являются важным полезным ископаемым, используемым в промышленности строительных материалов.

Сульфатные и галоидные породы образуют самостоятельные крупные тела. Они присутствуют в виде линз, прослоев, цемента в доломитовых толщах.

Гипс, как типичный представитель сульфатных отложений, часто встречается вместе с ангидритом. Ангидрит (СаSO₄) в соприкосновении с водой легко гидратируется и переходит в гипс (СаSO₄·2Н₂О). Этот переход сопровождается значительным увеличением объема, с которым часто связаны деформации гипсовых толщ. Некоторые разности ангидритов, особенно мелкокристаллические, характеризуются высокие показатели прочности. Гипсы и ангидриты являются ценными полезными ископаемыми.

Среди галоидных солей, встречающихся в природе в виде горных пород, наибольше распространение имеет каменная соль, практически нацело выполненная галитом (NaCl). Достаточно известны также сильвин (KCl), сильвинит (KClNaCl) и карналлит (KClMgCl6H₂O). Выпадение галоидов происходит из перенасыщенных растворов. Они сильно растворимы в воде (до 100 г/л). Галоидные породы имеют колоссальное значение как очень ценное сырье для различных отраслей химического производства.

Биогенные породы. К числу этих пород относится торф.

Торф - своеобразная, геологически относительно молодая горная порода, образующаяся в результате отмирания и разложения болотной растительности в условиях избыточного увлажнения и недостаточного доступа кислорода. В естественных условиях торф обладает весьма низкой способностью к набуханию, при высыхании же его наблюдается значительная усадка.

Лессовые породы относятся к числу очень распространенных пород. Лессовые породы - это полиминеральные образования. В состав крупных фракций входит до 50 минералов, из них примерно 10-15 минералов породообразующие. Почти на 90% минералы представлены так называемой легкой фракцией (плотность частиц менее 2,75 г/см³), главная роль, в которой отведена кварцу и полевым шпатом, затем следуют карбонаты (кальцит - в среднем 15%), слюды, гипс и другие минералы.

Одним из наиболее характерных признаков лессовых пород являются их низкая водопрочность, выражающаяся в их быстром размокании и значительной размываемости.

Просадочность - типичное свойство лессовых пород. Она выражается в способности лессов уменьшать под нагрузкой свой объем при увлажнении, вследствие чего происходит опускание поверхности земли, называемое просадкой.

Почвы довольно часто вовлекаются в сферу строительной деятельности человека и могут служить основанием, сферой или материалом для возведения сооружений. Почвы - это переходная грань между живой и неживой природой, настолько в ней все переплетено различными взаимодействиями органических и неорганических соединений, соприкосновением живого и неживого. Прочность почв очень сильно зависит от характера и микроструктуры.

Искусственные грунты В настоящее время под искусственными грунтами понимают горные породы и почвы, которые сознательно изменены человеком при решении различных инженерных задач или подверглись изменениям при производственной или другой хозяйственной деятельности людей, в том числе в виде отходов производства и потребления, т.е. нецеленаправленно.

По своему петрографическому составу искусственные грунты представляют собой удивительное разнообразие, что вызвано множеством факторов их образования. Искусственные грунты подразделяются на намывные и насыпные.

 

Лекция №6