Глинистые горные породы

1. Введение

2. Условие образования

3. Классификация

4. Химический состав

5. Структуры и текстуры  глинистых горных пород

6. Общие свойства

7. Физические свойства

8. Минеральный состав

9. Основные представители  горной породы

10.Список используемой  литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

 

Глинистые породы сложены  более чем на 50% частицами мельче 0,01 мм, причем не менее 25% из лих имеют  размеры меньше 0,001 мм. Основная масса  этих частиц -- глинистые минералы. В  качестве примеси в глинах обычно присутствует различный материал обломочного  и химического происхождения.

 

Собственно глины состоят  из тончайших чешуйчатых кристаллов минералов, образующихся при выветривании полевых шпатов и других разрушающихся  минералов. Эти породы существенно  отличаются по составу и свойствам  от более крупнозернистых осадков. Помимо глинистых минералов в  глинах в качестве акцессорных компонентов  в различных количествах обычно присутствуют хемогенные образования (сидерит, кальцит), органические вещества и разнообразные коллоиды. Очевидно, что по мере увеличения количества неглинистых минералов возрастает их роль в определении свойств  глин.

 

Глины используются в производстве керамики, бумаги, резины, катализаторов  и др. Глины весьма важны для  многих областей деятельности человека, например для сельского хозяйства  и инженерного дела. Для каждой области применения глин существуют специфические требования к различному сочетанию свойств.

 

2. Условие образования

 

Условия образования. Выделяют две генетические группы глин: элювиальные  и водно-осадочные глины.

 

Элювиальные (остаточные) глины  являются продуктами химического разложения материнских пород, залегающими  на месте их образования в корах  выветривания. Для элювиальных глин характерна плащеобразная, карманообразиая  или гнездо-образная форма залегания  с постепенными переходами вниз по разрезу в неизмененные материнские  породы. Отличительным признаком  элювиальных глин является отсутствие ясной слоистости, реликтовые структуры, отражающие строение материнской породы, наличие неразложившихся при  выветривании более устойчивых минералов  и т. п. Минеральный состав рассматриваемых  отложений зависит от характера  исходной породы и от обстановки накопления глинистого вещества. При химическом разложении кислых магматических пород  в условиях влажного жаркого климата  образуются каолиновые глины, в коре выветривания основных пород в зоне сухого климата возникают глины  монтмориллонитового состава.

 

Водно-осадочные глины  пользуются наибольшим распространением. Подавляющее количество глинистых  минералов, образовавшихся в результате разложения первичных алюмосиликатов, выносится с места разрушения материнских пород текучими водами в виде суспензий, коллоидных растворов  или механических взвесей и осаждается в различных водных бассейнах -- морях, озерах и реках. В отличие от песчаного  и алевритового материала осаждение  глинистых частиц может происходить  лишь в сравнительно спокойной водной среде, там, где отсутствуют или  ослаблены течения. Большое значение при этом имеют процессы коагуляции суспензий и коллоидный раствор.

 

Наиболее благоприятные  условия для отложения глинистого материала создаются в морских  бассейнах. Морские глины образуют мощные толщи или отдельные слои среди других пород. Они отличаются от элювиальных глин ясно выраженной слоистостью, нередко наличием морских  фаунистических остатков и обычно меньшей  однородностью своего состава. Глины  прибрежной части шельфа залегают в  виде пластов или линз. Минеральный  состав характеризуется преобладанием  гидрослюд, иногда присутствует каолинит. Породы эти обычно содержат значительную примесь песчано-алевритового материала. Открытая часть шельфа и пелагическая часть морского бассейна характеризуются  большими мощностями глинистых отложений  и широким площадным их развитием. Среди глинистых минералов преобладают  гидрослюды и монтмориллонит. Олигомиктовые  монтмориллонитовые глины морского происхождения обычно являются продуктами подводного преобразования вулканического пепла, о чем свидетельствуют  их реликтовые пепловые структуры.

 

В озерных и озерно-болотных пресноводных водоемах гумидных областей формируются каолиновые или гидрослюдистые глины. Поступающий в водоем каолинит сохраняется благодаря кислой реакции  пресных вод, обогащенных гумусовыми соединениями. В засолоненных лагунах  и озерах аридных областей формируются  гидрослюдистые, монтмориллонитовые, а также палыгорскит-сепиолитовые глины, ассоциирующие с доломитами, гипсами и соляными породами. Озерные  глины отличаются хорошо развитой параллельной слоистостью.

 

Глины речных долин, а также  пролювиальные и делювиальные глинистые  отложения характеризуются лннзовидным  залеганием, плохой сортировкой, быстрым  изменением гранулометрического состава  по вертикали и горизонтали. Преобладают  алевро- и псаммопелитовые структуры. Минеральный состав рассматриваемых  глин зависит от характера выветривания и климатических условий, господствовавших на континенте. Наиболее распространенными  являются каолинит-гидрослюдистые и  монтмориллонит-гидрослюдистые ассоциации.

 

Ледниковые глины характеризуются  плохой гранулометрической сортировкой, присутствием валунов, дресвы, гравия. Текстура беспорядочная. Среди глинистых  минералов преобладают гидрослюды.

 

3. Классификация

 

Глинистые породы классифицируются по физическим свойствам и минеральному составу.

 

По первому признаку в  составе глинистых пород выделяют собственно глины и аргиллиты. Характерной  особенностью глин является их способность  размокать в воде и становиться  пластичными, т. с. сохранять во влажном  состоянии приданную им форму. Наиболее типичные свойства пластичных глин -- их высокая общая и довольно низкая эффективная пористость, отсутствие проницаемости, высокая электрохимическая  активность, средние значения удельного  электрического сопротивления, магнитной  восприимчивости, радиоактивности, механической прочности.

 

Аргиллиты в воде не размокают. Эго твердые камнеподобные породы, которые образовались в результате уплотнения глины, уменьшения ее микропористости, дегидратации коллоидов, перекристаллизации глинистых минералов и ряда других эпигенетических процессов, протекающих  под воздействием гравитационной нагрузки или тектонических давлений. Аргиллиты  являются первой стадией изменения  глин на пути их превращения в глинистые  сланцы. Аргиллиты широко распространены в геосинклинальных областях, в то время как на платформах они встречаются  лишь на очень больших глубинах.

 

К аргиллитам можно также  отнести сравнительно редкие каолиновые сухарные глины, образование которых  связывают со старением и кристаллизацией  выпавших в водоеме гелей А2Оз и SiО2 .

 

Аргиллиты, содержащие примесь  пирокластического материала (от 10 до 50%), получили название туфоаргиллитов.

 

Глинистые породы характеризуются  сложным минеральным составом. Кроме  глинистых минералов они могут  содержать обломочные зерна кварца, полевых шпатов, слюд, а также  гидроокислы железа, карбонаты, сульфаты и прочие аутогенные минералы. Наличие  обломочной примеси оказывает существенное влияние на степень пластичности глины.

 

За основу минералогической классификации глинистых пород  принимается состав глинистых минералов. По этому признаку рассматриваемые  породы подразделяются на олигомиктовые  и поли-миктовые.

 

Олигомиктовые глины характеризуются  преобладанием какого-либо одного глинистого минерала. Наиболее распространенными  глинистыми породами олигомиктового состава  являются гидрослюдистые, каолиновые и монтмориллонитовые глины.

 

Гидрослюдистые глины  окрашены в желтовато-зеленые, серые, коричневатые или бурые тона. Особенностью их минерального состава является значительное содержание обломочной примеси. Характерно землистое сложение; текстура беспорядочная  или слоистая. Гидрослюдистые глины  малопластичны.

 

Гидрослюдами сложены  преимущественно аргиллиты, представляющие собой твердую крепкую породу, часто с жирным блеском и раковистым изломом. Иногда в аргиллитах проявляется  сланцеватость, которая способствует расчленению породы на остроугольные  плитки.

 

Разновидностью гидрослюдистых глин являются породы, сложенные глауконитом. Глауконитовые глины обычно зеленого цвета, но иногда из-за обильной примеси  органического вещества почти черные.

 

Каолиновые глины сложены  минералом каолинитом. Обычно эти  глины окрашены в светлые тона, жирны на ощупь, малопластичны, огнеупорны. Своеобразной разновидностью каолинов являются сухарные глины, встречающиеся  в подошве угольных пластов. Они  не размокают в воде, отличаются значительной крепостью и хрупкостью, часто имеют характерное брекчиевидное  строение.

 

Монтмориллонитовые глины  белого, светло-серого или желтовато-зеленого цвета, жирные на ощупь, иногда имеют  сосковидный облик. Имеется две  разновидности монтмориллонитовых глин -- бентониты и флоридины. Для  бентонитов характерно набухание-- способность  увеличиваться в объеме при поглощении воды. Объем образца бентонитовой глины при насыщении ее водой  увеличивается в 40 раз, гидрослюдистой глины -- в 9 раз, каолиновой не более  чем в 3 раза. На бентонитовых глинах не развивается растительность, поверхность  их после дождя превращается в  студенистую массу, которая при  высыхании покрывается трещинами  и распадается на твердые остроугольные  куски. В связи с набуханием присутствие  бентонитовых глин обычно приводит к  развитию оползневых явлений. Флоридиновые глины обладают высокой адсорбционной  способностью. Структуры и текстуры монтмориллонитовых глин разнообразны. Бентониты, образовавшиеся за счет разложения туфогенных пород, характеризуются  реликтовой пепловой структурой.

 

Полимиктовые глины содержат два или несколько глинистых  минералов, причем ни один из них не является преобладающим. Макроскопический облик подобных глин весьма разнообразен. Они могут быть окрашены в бурые, коричневые, серые или зеленоватые  тона. Полимиктовые глины обычно содержат значительное количество песчаной и алевритовой примеси и различные аутогенные образования -- карбонаты, сульфаты, сульфиды, гидроокислы железа и т. п.

 

4. Химический состав

 

Химический состав глин колеблется в широких пределах, и входящие в состав глин оксиды по разному  влияют на процесс получения конечные свойства керамики.

 

В глинах наиболее характерных  видов содержится (в % по массе): кремнезема - 46-85, глинозема - 10-35, оксида железа - 0,2-10, диоксида титана - 0,2-1,5, оксидов щелочных металлов - 0,1-6, сернистого ангидрида - 0-0,5, потери при прокаливании (п.п.п.) - 8-14.

 

Литологические разновидности  глин 

Содержание компонентов, % (от-до/среднее) на сухое вещество 

 

SiO2 

AI2O3 

Fe2O3 

TiO2 

п.п.п. 

 

Аргиллитиподобные 

36,09-58,31 44,4 

26,73-40,55 36,11 

0,09-4,29 1,41 

0,5-5,37 1,92 

10,19-16,0 14,32 

 

 

 

Аргиллитиподобные углистые 

31,4-49,94 40,09 

24,92-41,42 33,45 

0,28-3,1 1,85 

0,38-4,58 1,72 

46,0-33,0 20,72 

 

Пластичные 

31,88-77,44 47,0 

25,25-40,87 32,24 

0,41-4,19 2,65 

0,18-4,31 1,72 

7,05-16,0 13,14 

 

Пластичные углистые 

32,99-64,62 40,0 

25,29-39,06 30,27 

0,28-3,39 2,26 

0,79-4,31 1,59 

16,0-35,0 22,79 

 

Аргиллитиподобные пластичные и песчаные 

33,53-67,1 60,78 

20,32-36,03 23,02 

0,6-4,1 2,44 

0,88-3,34 1,6 

7,47-11,36 9,64 

 

 

 

Примеси в глинах находятся  в виде тонкодисперсных частиц либо включений и оказывает существенное влияние как на формовочные свойства глин, так и на свойства готовых  изделий.

 

Кварцевый песок, количество которого может достигать в глинах по массе 60%, ухудшает пластичность, связующую  способность глин и повышает трещинообразование на стадии охлаждения в процессе обжига, что, в свою очередь, приводит к снижению прочности и морозостойкости  готовых изделий.

 

Оксид алюминия (глинозем - А1203) при повышенном его количество в  глине приводит к увеличению температуры  обжига и интервала спекания. А  изделия с низким содержанием  глинозма обладают невысокой прочностью.

 

Наличие железистых примесей (оксидов и гидроксидов железа, лимонит, пирит, сидерит) придает обжигаемым изделиям в зависимости от их количества цвет от светлокремового до красно-бурого. Глины с повышенным содержанием  красящих оксидов железа могут слуюить  природными пигментами: до 25% гидроксида железа - желтая охра, до 40% оксида железа -красная охра, до 60% оксида железа - яркокрасный сурик и др. В определенных количествах железистые соединения повышают количество керамических изделий, а также указывают на способность  глин к вспучиванию.

 

Включения пирита и гипса  являются причиной появления на поверхности  готовых изделий зеленоватых  выцветов и выплавов.

 

Наличие сульфатов вызывает после обжига появление на поверхности  изделий высолов.

 

Карбонатные примеси (кальцит, доломит) понижают огнеупорность глин, сокращают интервал спекания, повышают пористость и понижают прочность  готовых изделий. Тонкодисперсные  примеси карбонатных пород практически  не оказывает влияние на качество стеновой керамики, но очень вредны для производства изделий с плотным  черепком - напольных плиток, канализационных  труб, дорожного кирпича. Крупные  же включения (более 1 мм) переходят  при обжиге сырца в известь, которая  гидратируется, поглощая водяные пары из воздуха или при увлажнении изделий в службе, резким увеличением  объема, приводящим к появлению локальных  вздутий («дутиков») либо полному разрушению изделий.