Классификация осадочных горных пород

 

Осадочные горные породы образуются при осаждении и накоплении минеральных и органических веществ в результате физических, химических и биологических процессов на дне водных бассейнов или на поверхности суши. Процесс их образования протекает по схеме: физическое или химическое выветривание ® механический или химический перенос ® отложение и накопление ® уплотнение и цементация. Общими признаками для осадочных пород являются многообразие их строения и структур, физико-механических свойств, залегание в виде пластов, слоистое строение. Осадочные породы, в свою очередь, по характеру образования и составу делятся на обломочные, хемогенные и органогенные. Часто эти же породы бывают мономинеральными.

Обломочные (механические отложения) – продукты механического разрушения (выветривания) каких-либо пород, часть из них подвергается в дальнейшем цементированию природными цементами, т.е. могут быть рыхлыми (глина, песок, гравий, галька, дресва) или сцементированными (конгломерат, брекчия, песчаник).

Хемогенные породы представляют собой осадки, образовавшиеся в результате выпадения минеральных веществ из водных бассейнов с последующим их уплотнением и цементацией. Например: гипс, ангидрит, магнезит, доломит.

Органогенные породы образуются в результате отмирания организмов и отложения на дне водоемов остатков животных и водорослей (известняк-ракушечник. известняк мшанковый, мел, диатомит, трепел, опока).

 

Главные породообразующие минералы осадочных пород

 

Осадочные породы чаще всего содержат минералы, относящиеся к следующим химическим соединениям: кремнезем, алюмосиликаты, карбонаты, сульфаты.

Кварц (кристаллический кремнезем) благодаря высокой стойкости при выветривании остается химически неизменным и входит в состав многих осадочных пород (песков, песчаников, глин и др.). В аморфном состоянии кремнезем в осадочных породах встречается в виде минерала опала.

Опал (SiO₂ n H₂O) менее плотен (r_m=1900...2500 кг/м³), прочен и стоек, чем кварц. Его используют при изготовлении минеральных смешанных вяжущих веществ.

Каолинит (Al₂O₃ 2SiO₂ 2H₂O) – водный силикат алюминия, образуется при выветривании полевых шпатов и слюд. Цвет каолинита без примесей – белый, плотность – 2600 кг/м³, твердость – 1. Каолинит и другие водные алюмосиликаты типа Al₂O₃ nSiO₂ mH₂O являются основными при образовании глин.

Кальцит (CaCO₃) имеет совершенную спайность по трем направлениям, плотность – 2700 кг/м³, твердость – 3. Кальцит растворяется в кислотах, в обычной воде – мало (около 0,03 г/л), слагает различные виды известняков. Окраска белая, серая, иногда он прозрачен.

Магнезит (MgCO₃) имеет плотность 2900...3100 кг/м³, твердость – 3,5...4,5. Образует породу того же названия.

Доломит (CaCO₃ MgCO₃) по физическим свойствам близок к кальциту, но более тверд – 3,5...4,0, плотен (r_m=2900 кг/м³) и прочен. Цвет доломита от белого до темно-серого. Он образует породу того же названия или входит в состав известняков и других осадочных пород.

Гипс (СaSO₄ 2H₂O) – минерал кристаллического строения, его кристаллы имеют зернистое, столбчатое, пластинчатое, игольчатое или волокнистое строение. Он белого цвета, иногда окрашен примесями. Обладает спайностью в одном направлении. Плотность гипса 2300 кг/м³, твердость – 2, сравнительно легко растворяется в воде. Гипс образует породу того же названия.

Ангидрит (CaSO₄) – безводная разновидность гипса, образует породы одноименного названия. Плотность ангидрита – 2900...3000 кг/м³, твердость – 3,0...3,5.

 

Обломочные породы

 

       Рыхлые обломочные породы образуются в результате выветривания различных горных пород и сложены зернами устойчивых минералов и пород.

       Гравий и песок применяются в качестве заполнителей для бетонов и растворов. Гравий – это зерна с размерами от 5 мм до 70 мм, песок – от 0,16 мм до 5 мм.

       Глины – это тонкообломочные отложения, слагающиеся более чем на 50 % из частиц менее 0,01 мм. Глина является сырьем для производства керамических изделий, огнеупоров, при производстве цементов, при возведении земляных плотин (экранов).

       Сцементированные обломочные породы. Природные цементы могут быть карбонатными, кремнистыми, железистыми, глинистыми.

       Песчаник – сцементированные пески.

       Конгломерат – сцементированные крупные куски округлой формы.

       Брекчия – сцементированные крупные остроугольные куски – дресва.

       Песчаники применяют для кладки фундаментов, ступеней, тротуаров в виде щебня; обладающие декоративностью конгломераты и брекчии – в качестве облицовочного камня.

Хемогенные породы

 

       Известняки, магнезиты и доломиты относятся к карбонатным породам и состоят из минералов кальцита и магнезита.

       Мергели – горные породы, приблизительно поровну содержащие карбонатный и глинистый материалы. В мергелистых известняках преобладает карбонатный компонент, а в известковых мергелях глинистый.

       Карбонатные породы благодаря их широкому распространению, легкой добыче и обработке применяют в строительстве чаще, чем другие породы. Их используют:

       – в виде бутового камня для фундаментов и стен;

       – в виде плит и фасонных деталей для облицовки;

       – в бетонах в качестве заполнителей;

       – как сырье для получения вяжущих (цемента, извести, магнезиальных вяжущих);

       – при производстве огнеупорных материалов в стекольной, керамической, металлургической промышленности.

       Гипс и ангидрит относятся к сульфатным породам и слагаются одноименными минералами. Они служат сырьем для получения вяжущих веществ, а некоторые разновидности – для внутренней облицовки зданий.

       Бокситы – аллитовые породы, характеризующиеся высоким содержанием глинозема (Аl₂О₃). Слагаются минералами гиббситом и диаспором (гидроксиды алюминия), имеют красную или бурую окраску из-за примесей гидроксида железа. Используют эти породы для производства алюминия, абразивов, огнеупоров, при производстве специальных видов цемента.

 

 

Органогенные породы

 

       К осадочным органогенным породам относятся биогенные кремнистые и карбонатные породы.

       Карбонатные породы:

       Органогенные известняки, мел – слагаются раковинами беспозвоночных или остатками известковых водорослей.

       Применяют их при производстве извести, портландцемента. Известняк, кроме того, – в виде стенового камня, а мел – в качестве белого пигмента, наполнителя.

       Кремнистые породы сложены осадочным кремнеземом (SiO₂) – опалом, кварцем, халцедоном:

       Диатомиты состоят из опаловых скелетов диатомовых водорослей.

       Радиоляриты сложены опаловыми скелетами радиолярий.

       Трепелы и опоки сложены мельчайшими шариками опала. Их пористость – 60-70 %, плотность – 350-950 кг/м³, теплопроводность – 0,17-0,23 Вт/м.⁰С.

       Применяют кремнистые органогенные породы для производства теплоизоляционных материалов, в качестве активных минеральных добавок.

 

 

Метаморфические породы

 

       Метаморфизм – это видоизменение горных пород в недрах земной коры под влиянием высоких температур (без плавления), давлений, химически активных растворов и газов. В результате происходит перекристаллизация минералов, изменяется строение, при одноосном сжатии приобретается сланцеватая структура.

       Минералогический состав метаморфических пород чаще всего идентичен исходным породам. Следовательно, можно выделить:

       – минералы, характерные для магматических пород (кварц, полевые шпаты, слюды, пироксены, оливин и др.);

       – минералы, типичные для осадочных пород (кальцит, доломит);

       – специфические метаморфические минералы.

       Гнейсы образовались в результате метаморфизма пород гранитного типа, сходны с ними по минералогическому составу. Из-за сланцеватого строения менее долговечны. Применяются в виде бутовых плит для фундаментов, мощения дорог, облицовки набережных.

       Глинистые сланцы образовались из глинистых пород, водостойки, легко раскалываются по плоскостям сланцеватости, r = 2,7-2,8 г/см³, R_сж = 50-240 МПа, применяются как кровельный материал.

       Мраморы представляют собой перекристаллизованный известняк. Имеют r до 2900 кг/м³, до 300 МПа, твердость – 3, легко обрабатываются. Применяются для внутренней отделки стен, ступеней, подоконных плит, в качестве заполнителей для отделочных растворов, бетонов.

       Кварциты образовались при перекристаллизации песчаников. они характеризуются высокой огнеупорностью до 1770⁰С, R_сж до 400 МПа, твердостью – 7. Применяются для наружной облицовки повышенной стойкости, как сырье для динасовых огнеупоров.