Глинистые горные породы

 

Оксид кальция в виде СаС03 также понижает температуру плавления, изменяет окраску обжигаемых изделий, придавая им желтый или розовый цвет, повышает пористость, снижает прочность  и морозостойкость изделий.

 

Оксиды щелочных металлов являются сильными плавнями. Они понижают температуру обжига, повышают плотность  и пористость изделий, ослабляют  красящие свойства оксида железа.

 

Органические примеси (п.п.п.) в виде остатков растений и гумусовых  кислот окрашивают изделия в темные тона, повышают пластичность за счет большого количества связанной воды и, следовательно  воздушную осадку. С увеличением  их содержания возрастает пористость, тем самым снижая механическую прочность  изделий. Они полезны при получении  стеновой керамики, но нежелательны в  производстве напольных плиток, особенно бе-ложгущихся.

 

Минеральный состав глин отличается неоднородностью, однако в нем всегда преобладают глинистые вещества. В составе глинистого сырья в  виде примесей встречаются зерна  кварца, полевых шпатов, слюды, оксиды и гидрооксиды железа и марганца, а также органические вещества, растительные и животные остатки. В глинистом  веществе может содержаться в  большом количестве один или несколько  минералов. Исходя из этого, глины подразделяют на мономинеральные, когда глинистое  вещество состоит преимущественно  из одного минерала, и полиминеральные, когда глинистое вещество состоит  из нескольких минералов.

 

Глинистые минералы представляют собой водные алюмосиликаты

 

(xАl2О3 * ySiO2 * zH2O),

 

где х, y, z имеют различные  значения.

 

К важнейшим глинистым  минералам относятся: каолинит -- Аl2О3 * 2SiO2 * 2Н2О, монтмориллонит -- (Са, Mg)O * Аl2О3 * 4 -- 5SiO2 * xН2О, гидрослюда (иллит) -- К2О * MgO * 4Аl2О3 * 7SiO2 * 2Н2О и др.

 

Мономинеральные глины, состоящие  преимущественно из каолинита или  минералов каолинитовой группы, называют каолином. Каолин отличается от других глин высоким содержанием глинозема  Аl2О3, меньшей пластичностью и  обладает свойством придавать повышенную белизну обожженному керамическому  материалу.

 

5. Структуры и текстуры  глинистых горных пород

 

Структуры и текстуры глинистых  пород

 

Под структурой глин подразумевают  распределение компонентов породы по гранулярному составу, форму частиц, их пространственную ориентировку по отношению друг к другу и силы сцепления, соединяющие их вместе.

 

Различают структуры в  сечении, перпендикулярном к наслоению, и структуры в сечении, параллельном наслоению.

 

Структуры в сечении, перпендикулярном к наслоению, разделяются на:

 

1)гемогенные, если напластование  или слоистость не выражены;

 

2)ориентированные, если  слоистые силикаты имеют отчетливую  ориентировку, возникшую при осадконакоплении, диагенезе и т.д.

 

3)слоистые, если порода  состоит из чередующихся слойков;

 

4)циклические, если в  породе наблюдается ритмическое  чередование, например, в ленточных  глинах, в ленточных мергелях  и целом ряде других осадков.

 

5)Микролинзовидные, если  цикличность настолько локализована, что слойки кажутся залегающими  несогласно даже в масштабе  образца или шлифа.

 

Структуры в сечении, параллельном слоистости, подразделяются на:

 

1)кристаллические, если  основная масса составлена хорошо  индивидуализированными чешуйками;

 

2)скрытокристаллические,  если кристаллическое строение  различимо с трудом по присутствию  слабо преломляющих участков  скрытокристаллические, или аморфные, если глинистое вещество кажется  изотропным. Глинистая масса имеет  кристаллическое строение, а впечатление  изотропности обусловлено компенсацией, возникающей при наложении друг  на друга мелких кристаллических  частиц.

 

Среди скрытокристаллических  структур можно выделить следующие  разновидности:

 

а) трещиноватые, сетчатые, обусловленные  ориентированным расположением  минералов по стенкам трещин;

 

б) петельчастые и хлопьевидные. Петельчатая структура характеризуется  спутанноволокнистым сложением, напоминающем строение микроскопических волокон  антигорита; хлопьевидная - присутствием округлых участков, окаймленных более  высоко двупреломляющем материалом (либо слоистыми силикатами, либо кристаллами  кальцита);

 

в) струйчатые, флюидальные, муаровые, обусловленные различными оптическими эффектами.

 

Структуры глинистых компонентов  в цементе песчаных пород. Глинистая  фракция пород представляет существенный интерес даже в тех случаях, когда  присутствует в породе в подчиненном  количестве или в виде незначительной примеси. Если глинистые минералы остаются неизменными среди изменяющейся основной массы породы, по ним можно  судить о ранних этапах эволюции породы. И наоборот, если преобразуются глинистые  минералы, а основная масса породы остается неизменной, по ним можно  судить о недавних этапах эволюции породы.

 

Возникает проблема глинистых  цементов, для которых тщательно  разработана классификация структур глинистых цементов песчаников. Они  подразделены на микроагрегатные, чешуйчатые, пленочные, крустификационные, вермикулитоподобные, лепидобластовые, сноповидные. В песках и песчаниках возникают новообразования  глинистых минералов или слюидистых силикатов, составляющих существенную часть породы.

 

Слоистые силикаты участвуют  в формировании оолитов и конкреционных  структур. К этой категории близки также железные руды или породы с  железистыми оолитами: изучение эволюции слоистых силикатов типа шамозитов  и хлорита позволяет восстановить условия раннего и позднего диагенеза  этих пород.

 

Особенностью некоторых  глин является их пеллетовая текстура. Пеллеты представляют собой небольшие, округлые агрегаты глинистых минералов  и мелкого кварца, рассеянные в  матриксе, представленном тем же материалом. По размерам пеллеты составляют в  диаметре 0,1-1,3мм, а в некоторых  случаях достигают нескольких миллиметров(в  длину). Их образование приписывают  действию течения воды.

 

В некоторых глинистых  породах осадочного происхождения  проявляются реликтовые структуры, унаследованные от материнских пород, из которых они образовались. Примерами  являются сапролиты, которые произошли  от различных грубых вулканических  и метаморфических пород. В этих породах достаточно хорошо сохранились  « РЕЛИКТЫ» первичных минералов, поэтому можно проследить первоначальную гнейсовую сланцеватость, порфиробласты.

 

Другим примером реликтовой структуры являются бентониты и  близкие к ним осадки, образующиеся in situ при преобразовании вулканического пепла. Нереликтовые структуры включают оолитовые и пизолитовые формы, возникающие в некоторых бокситовых и диаспоровых глинах. Известны также  псевдоморфные замещения ракушечного  материала монтмориллонитом и диагенетически перекристаллизованные структуры, подобные «метакристаллам» иллитовой  слюды в тонкозернистой иллитовой  основной массе. Большинство глинистых  сланцев, однако, не проявляет ни одной  из этих особенностей; они либо бесструктурны, либо слоисты/

 

Тонкослойные сланцы характеризуются  ориентированными пластинчатыми слюдистыми компонентами, параллельными плоскости  напластования, что хорошо видно  под микроскопом. Хотя отдельные  кристаллы располагаются не строго параллельно к плоскости напластования, шлифы, приготовленные перпендикулярно  к этой плоскости, проявляют эффект одновременного погасания, как и  в случае если бы шлиф был сделан из единого кристалла. В пластинчатых минералах световые колебания медленнее  и параллельны спайности, поэтому  проявляется параллельное погасание - эффект агрегатного погасания.

 

Однако в некоторых  глинах и сланцах глинистые минералы проявляют беспорядочную ориентировку. Подобное явление может быть результатом  аутигенной кристаллизации на месте. В  других случаях подобное явление  вызывается нарушением первичной структуры  иллоядными донными организмами.

 

Свежеотложенные илы имеют  чрезвычайно высокую водонасыщенность и очень большую пористость. Первоначальная пористость может составлять 70-80%. Поскольку  в среднем в глинистых сланцах  пористость составляет только 13%, то это  означает, что первичные отложения  были сильно уплотнены и обезвожены. Тот факт, уменьшение пористости происходит скорее за счет уплотнения, а не выполнения пор (как у песчаников), подтверждается постепенными изменениями структуры, которые направлены на то, чтобы ориентировать глинистые пластинки параллельно друг к другу и плоскости напластования.

 

6. Общие свойства

 

Свойства глин целиком  зависят от их химического и минерального состава, а также от величины составляющих их частиц. Уже одни эти. факты указывают  нам на важнейшие свойства глин.

 

Важнейшими свойствами глин являются:

 

1) способность в смеси  с водой образовывать тонкие  «взвеси» (мутные лужи) и вязкое  тесто;

 

2) способность набухать  в воде;

 

3) пластичность глиняного  теста, т. е. способность его  принимать и сохранять любую  форму в сыром виде;

 

4) способность сохранять  эту форму и после "высыхания  с уменьшением объема;

 

5) клейкость;

 

6) связующая способность;

 

7) водоупорность, т. е.  способность после насыщения  определенным количеством воды  не пропускать через себя воду.

 

Глины могут быть всех цветов - от белого до черного. На Украине и  в некоторых других районах белая  глина служит материалом для побелки  стен, печей и т. д. Когда хотят  покрасить стены в цветные  тона, берут желтые, красные, зеленые  и другие глины. Таким образом, здесь  мы имеем дело с новым свойством  глины - с красящей и кроющей ее способностью.

 

7. Физические свойства.

 

Большое разнообразие условий  образования и степени литификации  глинистых пород обусловливает  значительный диапазон изменения их свойств. Среди физических свойств  наименее изменчивы показатели плотности  глинистых пород. Они варьируют  от 2,50 до 2,85 г/см3. Примесь органических веществ понижает плотность глин, так как для гумуса она равна 1,25--1,40 г/см3. У минеральных монтмориллонитовых глин ее величина также низкая -- до 2,25 г/смі.

 

Значения пористости варьируют  от 25--30 до 60%; подавляющая часть пор  является открытой, доступной для  жидкой компоненты.

 

Наибольшей плотностью, как  правило, обладают древние глины, залегающие на значительных глубинах и испытавшие сильное уплотнение. К этой категории  относятся большая часть палеозойских, мезозойских, некоторые эоценовые  и палеогеновые глины. Высокую уплотненность, независимо от возраста, имеют глинистые  образования горно-складчатых районов, такие, как апшеронские глины  Закавказья, олигоценовые глины Западного  Кавказа. Среди континентальных  четвертичных отложений наибольшую уплотненность имеют ледниковые глинистые залегания. Наименьшими  показателями уплотнения характеризуются  четвертичные озерные, озерно-ледниковые, аллювиальные и делювиальные глинистые  образования.

 

С плотностью и пористостью  глинистых пород тесно связана  их водопроницаемость. Большая часть  глин и суглинков относится к  слабопроницаемым или практически  водонепроницаемым породам. Значения коэффициента фильтрации для них  изменяется от 10-3 до 10-5 м/сут. Это объясняется  наличием у глин и суглинков ультракапиллярных  пор, полностью занятых связанной  водой. Фильтрация через такие поры возможна только при превышении начального градиента.

 

Важной особенностью глинистых  пород является их способность вступать в обменные реакции, приводящая к  изменению их состава, строения и  свойств. Обменная способность глин часто используется в практических целях, например в химической промышленности, а также при целенаправленном изменении их свойств, таких, как  водопроницаемость, липкость и др. Глинистые  породы благодаря особенностям гранулометрического  и химико-минерального состава проявляют  четко выраженные физико-химические свойства. Так, многие глинистые породы при их увлажнении набухают, а при  высушивании дают усадку, что сопровождается изменением объема от нескольких до 25--30%, а в некоторых случаях и  больше. Развиваемое при этом давление набухания может достигать 1,0--1,5 МПа. При определенных условиях глинистые  породы обладают липкостью, величина которой  может достигать 5--6 Н/смІ.

 

Среди различных типов  глин наиболее гидрофильными, а следовательно, и более склонными к проявлению названных свойств являются глины  и тяжелые глины, содержащие значительное количество набухающих глинистых минералов (монтмориллонита, смешаннослойных) и органического вещества. Присутствие солей, а также слабогидрофильных глинистых минералов (типа каолинита) приводит к снижению показателей этих свойств. Наибольшая обменная способность, пластичность, набухание, усадка, липкость у высокопористых озерных глин, глин старичной фации аллювия, богатых органикой, у многих озерно-ледниковых и элювиальных глин, а также у лагунных и морских глин, лишенных солей. Наименее гидрофильны супеси и суглинки ледникового и аллювиального (пойменная фация) происхождения. Набухание, усадка и липкость глин помимо дисперсности и химико-минерального состава зависят от их степени уплотнения и прочности структурных связей. Наибольшим набуханием обладают высокогидрофильные, умеренно уплотненные глины с коагуляционным и переходным типом структурных связей. Таковыми являются, например морские отложения юры Русской платформы, некоторые разности сарматских глин Предкавказья и др.

 

Слаболитифицированные, высокопористые и, наоборот, сильнолитифицированные глины  с переходным типом структурных  связей обладают низкими показателями набухания. У первых это объясняется  высокой пористостью и влажностью, а у вторых -- наличием прочных  структурных связей, препятствующих набуханию. К таким глинам относятся  современные отложения морей  и озер, многие четвертичные образования  морского, озерного, водно-ледникового  и аллювиального генезиса, а также  глины древних комплексов -- девона, карбона и перми.