Породы обломочного (механического) происхождения

Породы обломочного (механического) происхождения являются продуктами механического разрушения каких-либо материнских пород и сложены преимущественно обломками устойчивых к выветриванию минералов и пород. Они разделяются по крупности обломков на грубообломочные, среднеобломочные (песчаные), мелкообломочные (пылеватые) и тонкообломочные (глинистые). Среди них только глинистые породы являются продуктами химического разложения материнских пород, остальные же породы сложены обломками, не подвергшимися существенному выветриванию. Независимо от размеров частиц обломочные породы могут быть рыхлыми или сцементированными.

К рыхлым грубообломочным породам относятся разновидности с окатанной и угловатой формой, образовавшиеся в результате накопления крупных обломков. Среди них выделяют обломки размером 1000... 100 мм, называемые валунами (окатанные) или глыбами (угловатые); 100 ... 10 мм - галькой (окатанные) или щебнем (угловатые), 10... 1 мм --гравием (окатанные) или дресаой (угловатые).

Валуны (валунный камень) состоят из грубоокатанных обломков, обработанных и перенесенных водой или ледником. По генезису валунный камень может быть ледниковым, речным, морским, озерным. Более мелкие его разновидности размером 120... 300 мм называют булыжным камнем. Крупный валунный камень, поступающий на строительство, нуждается в предварительной переработке на штучный материал - шашку, бутовый камень и др.

Галька и гравий образуются аналогично первому, при переносе обломков на большие расстояния реками, горными потоками, а также под действием морского прибоя, приобретая при этом различную степень окатанности и сортировки. Качество гравия обусловливается его генезисом, минеральным составом, содержанием глинистых и органических примесей и пр. Лучшей разновидностью гравия считается ледниковый, который менее окатан. Гравий применяется в железобетонных сооружениях, дорожном строительстве и как фильтрующий материал.

Глыбы, щебень и дресва представляют собой скопления угловатых обломков скальных пород, разнородных по минеральному составу. Эти отложения особенно характерны для пустынных и полярных районов с интенсивно протекающими процессами физического выветривания. Они достаточно широко распространены в средней и северной полосе европейской части нашей страны.

Песчаные (среднеобломочные) породы представляют собой рыхлую смесь зерен с размерами от 1 до 0,1 мм. Их принято разделять по крупности зерен на крупнозернистые с диаметром частиц от 1 до 0,5 мм; среднезернистые - 0,5 ...0,25 мм; мелкозернистые - от 0,25 до 0,1 мм. Пески состоят преимущественно из кварца, наиболее устойчивого к химическому выветриванию минерала. Чистые кварцевые пески светлой окраски являются мономинеральными породами. Смешанные (полимиктовые) пески состоят из смеси минералов, в которых кроме кварца находятся полевые шпаты, слюды, амфиболы и др. Среди них наибольшее распространение имеют аркозовые пески красного или серого цвета, преимущественно кислого полевошпатового состава, с небольшой примесью кварца и других минералов. Наибольшей чистотой и однородностью зерен отличаются морские и эоловые отложения; морские и речные пески имеют окатанную, а ледниковые - угловатую, наиболее благоприятную для строительных целей, форму зерен. Вредной примесью к пескам являются глинистые и пылеватые фракции (0,05... 0,005 мм). При оценке качества песка как строительного материала учитывают его минеральный и гранулометрический составы, форму зерен, пористость, коэффициент фильтрации и др. Плотность песков составляет 2,64 г/см3, а средняя плотность--1800 кг/м3. Они являются главным сырьем для получения керамики, динаса, стекол, бетонов и растворов, кирпича; используются для дорожных покрытий, в абразивном производстве. Распространены повсеместно.

Пылеватые (мелкообломочные) породы состоят из частиц размером от 0,1 до 0,01 мм и отличаются от песчаных содержанием более мелких частиц. Представителем этих пород является лёсс--светлоокрашенная пористая (46 ...50%) порода, содержащая кварц, полевые шпаты, до 30% кальцита и до 50% глинистых минералов. Плотность лёссов составляет 2,5 ...2,8 г/см3, а средняя плотность - 1200 ... 1800 кг/м3.

Они отличаются просадочностью, легко размокают в воде. Используются в цементной промышленности как добавка в бетоны, в производстве кирпича, черепицы и др. Распространены в европейской части нашей страны, на юге Украины, в Средней Азии, южной Сибири.

Глинистые (тонкообломочные) породы состоят более чем наполовину из мельчайших (менее 0,01 ... 0,001 мм) чешуеобразных частиц глинистых минералов, среди которых не менее 25% имеют размеры менее 0,001 мм. Глины образуются при выветривании полевошпатовых и некоторых других силикатных пород и состоят преимущественно из глинистых минералов типа каолинита, монтмориллонита и гидрослюд с примесью кварца, слюды, вторичного кальцита, опала и др. Большинство глин являются полиминеральными, однако среди них имеются наиболее ценные мономинеральные: каолинитовые и монтмориллонитовые разновидности. Главным фактором при применении глин в строительстве и производстве строительных материалов является их минеральный состав.

Полиминеральные глины являются сырьем для производства кирпично-черепичных изделий, грубой керамики, глинозема, огнеупоров и т. д.

Каолинитовые глины сложены в основном каолинитом и сравнительно свободны от примесей оксидов железа. Они представляют собой белые тонкозернистые, жирные на ощупь малопластичные породы, являющиеся продуктами разложения (гидролиза) алюмосиликатов диссоциированной водой, содержащей свободные ионы водорода и растворенную СО2.

Каолинитовые глины являются континентальными отложениями и образуются в условиях кислой среды. Они используются в производстве фарфоро-фаянсовых изделий, цемента, шамота. Месторождения каолинитовых глин находятся на Украине, Урале, в Сибири и др.

Монтмориллонитовые глины появляются при разложении вулканических пеплов в щелочной среде. Среди них выделяются сильно набухающие в воде натровые глины с преобладанием катиона Na над катионами Са, Mg и К и неразбухающие кальциевые - с преобладанием Са над катионами Na и Mg. К первым относятся бентониты и флоридины, породы белой, серовато-белой, розоватой и другой окраски, характерной особенностью которых является сильное набухание при увлажнении с увеличением объема примерно в 16 раз и более и высокая адсорбционная способность. Большинство этих глин обладает резко выраженной пластичностью при затворении водой, сохраняя при высыхании приданную им форму, а после обжига образуют камневидные массы. С увеличением в глинах механических примесей пластичность их быстро снижается. Монтмориллонитовые глины применяются как замечательные адсорбенты, так как обладают высокой поглотительной способностью. Их месторождения имеются в Грузии, Крыму, Приднепровье, Закарпатье, Средней Азии.

Сцементированные обломочные породы образовались путем цементации рыхлых пород разнообразными химическими веществами. Наиболее прочным является кремнеземистый цемент (вторичный кварц, опал, халцедон), менее прочны железистый (лимонит), карбонатный (кальцит) и малой цементирующей способностью отличается глинистый цемент. Ниже приводится описание главных представителей этой группы.

Брекчии представляют собой компактные породы, состоящие из угловатых обломков дресвы или щебня, сцементированных каким-либо цементом. Петрографический состав этих обломков отличается однородностью. Угловатая форма обломков обеспечивает хорошее сцепление их с природными цементами, поэтому брекчии при некоторых видах цементов имеют достаточно высокую прочность и используются как отделочные камни. Брекчии имеют ограниченное распространение.

Конгломераты - сцементированные природным цементом скопления гальки, гравия, мелких валунов и др., отличающиеся от брекчий пестротой петрографического состава, широким диапазоном прочности от 5 до 160 МПа и изменением средней плотности в интервале 1500 … 2900 кг/м3. По сравнению с брекчиями конгломераты отличаются меньшей прочностью, так как окатанный обломочный материал довольно слабо связывается с цементом. Практическое значение этих пород невелико, однако их характерная структура (вяжущее рыхлый материал) является прототипом самой распространенной структуры ИСК. Слабо сцементированные их разновидности используются для получения балласта, а красивые - как отделочные декоративные камни. Мощные отложения конгломератов известны в Крыму и Средней Азии.

Песчаники образуются путем цементации зерен песка при просачивании через них разнообразных минеральных растворов. В зависимости от разновидности цементов различают кремнистые, известковые, железистые, гипсовые, глинистые, битуминозные и другие виды песчаников. Их прочность определяется видом природного цемента, характером его сцепления с зернами песка, плотностью породы. Она колеблется в широких пределах от 1 до 150 МПа и выше, а средняя плотность - от 1900 до 2800 кг/м3. Наиболее прочными (100... 150 МПа и более) являются кремнистые песчаники со средней плотностью до 2800 кг/м3. Малой прочностью отличаются глинистые песчаники, легко разрушающиеся при насыщении водой или циклическом замораживании и оттаивании; известковые песчаники неводостойки. В битуминозных песчаниках битум, пропитывающий толщи пород, составляет до 20% их массы. Окраска песчаников зависит от цемента: кремнистые и известковые имеют белые и светлые тона, железистые - желтые и красноватые и т. д. Они широко распространены в Карелии, на Украине, в Поволжье и др. и используются для получения стенового камня, бута, щебня, а также декоративного отделочного материала. Их разновидности, содержащие не менее 97% кремнезема, идут на изготовление кислотоупорных материалов и сырья, для получения огнеупоров, абразивов и др.

Осадочные горные породы занимают внушительную площадь земного шара. К ним относится большая часть всех полезных ископаемых, которыми так богата наша планета. В большинстве своем осадочные породы располагаются на материковой части, континентальном склоне и шельфе, и лишь незначительная часть - на дне морей и океанов.

Происхождение осадочных пород

Под разрушительным воздействием солнечного света, температурных колебаний, воды происходит выветривание твердых магматических пород. Они образуют различные по размеру обломки, которые постепенно распадаются до мельчайших частиц.

Ветер и вода переносит эти частицы, которые на каком-то этапе начинают оседать, образуя тем самым рыхлые скопления на поверхности суши и на дне водных водоемов. Со временем они затвердевают, уплотняются, приобретают свою собственную структуру. Так происходит образование осадочных горных пород.

Рис. 1. Осадочные горные породы

Как и метаморфические породы, осадочные относятся к вторичным горным породам. Они лежат только на поверхности земной коры, занимая около 3/4 площади всей планеты.

Поскольку практически все строительные работы ведутся на осадочных породах, очень важно в совершенстве знать свойства, состав и «поведение» этой разновидности горных пород. Этими и многими другими вопросами занимается наука инженерная геология.

Главным признаком осадочных пород является слоистость, уникальная для каждого природного соединения. В результате сдвигов земной коры первоначальные формы залегания осадочных пород нарушаются: появляются всевозможные разрывы, трещины, разломы, складки.

ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой

Рис. 2. Слоистость осадочных пород

Классификация горных пород

Процесс осаждения может проходить различными способами. В зависимости от его специфики выделяют несколько основных групп осадочных пород:

• обломочные - формируются под действием выветривания и дальнейшего переноса частиц магматической породы;
• хемогенные - результат выделения и осаждения веществ, которые образуются из насыщенных водных растворов;
• биохимические - образуются вследствие химических реакций при участии живых организмов;
• биогенные - результат разложения остатков растительных и животных организмов.

В природе нередко встречаются смешанные группы осадочных пород, на формирование которых оказало влияние сразу несколько факторов. Так, одним из ярких примеров осадочных горных пород смешанного типа является известняк, который в равной степени может иметь хемогенное, органогенное, биохимическое или обломочное происхождение.

Рис. 3. Известняк

Что мы узнали?

Осадочные породы занимают огромные площади поверхности Земли. Они могут располагаться как на суше, так и на дне морей и океанов. Любая осадочная порода формируется из разрушенных и видоизмененных магматических пород. В основе классификации пород лежат особенности процесса осаждения, который может происходить под влиянием многих факторов.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.3 . Всего получено оценок: 331.

Обломочные, или кластические (греч. кластес – обломок), породы образуются из обломков минералов и горных пород; чаще всего они накапливаются как морские осадки. Классификация обломоч­ных пород основана на величине обломков (грубообломочные, песчаные, алевритовые), степени их окатанности (окатанные и неокатанные) и наличии или отсутствии цемента (сцементирован­ные и рыхлые). Классификация обломочных горных пород показана в таблице 2.

Грубообломочные породы , или псефиты (греч. псефос – камешек), состоят из обломков с размерами более 2 мм. По форме и размерам они подраз­деляются на окатанные и неокатанные, крупные, средние и мелкие. К окатанным относятся обломки, имеющие округленные или сгла­женные ребра (валуны, галечник, гравий и др.); неокатанные обломки всегда остроугольны (глыбы, щебень, дресва ). Псефиты с окатанными обломками, скрепленными цементом, называются конгломератами (рис. 24, а), а состоящие из неокатанных сцементированных обломков – брекчиями (рис. 24, б).

Таблица 2 Обломочные горные породы.

Группа пород	Размеры обломков, мм	Рыхлые породы		Сцементированные породы
		окатанные	неокатанные	окатанные	неокатанные
Грубообломочные (псефиты)				Конгломераты валунные	Глыбовые брекчии
		Галька, галечник		Конгломераты галечные
				Конгломераты гравийные
Песчаные (псаммиты)		грубозернистые		Песчаники: грубозернистые
		крупнозернистые		крупнозернистые
		среднезернистые		среднезернистые
		мелкозернистые		мелкозернистые
Алевриты		Алевриты		Алевролиты
				Аргиллиты

Среди брекчий выделяют несколько типов различного проис­хождения. К осадочным относятся брекчии, сформировавшиеся в результате осаждения остроугольных обломков различного состава в водной среде; брекчии оползней содержат обломки различной величины, имеющие одинаковый состав с цементом; тектонические брекчии несут следы давления, разбиты трещинами; в них как на обломках, так и в цементе часто встречаются гладкие, как будто бы полированные поверхности – зеркала скольжения.

Песчаные породы , или псаммиты (греч. псаммос – песок). В группу псаммитов входят породы с размером обломков от 0,1 до 2 мм. Рыхлые разновидности псаммитов называют песками, а сцементированные – песчаниками (табл. 2).

Псаммиты, состоящие из зерен одного минерала – кварца, гла­уконита и др., называют олигомиктовыми (греч. олигос – немногий, миктос – смешанный), а состоящие из нескольких минералов – полимиктовыми (греч. поли – много, миктос – смешанный). По относительной величине зерен псаммиты разделяются на равно­мерно-зернистые (сортированные) и разнозернистые (несортирован­ные).

По минеральному составу различают следующие главные груп­пы песчаных пород.

Кварцевые пески и песчаники, в которых кроме кварца в виде примесей встречаются полевые шпаты, слюды, глауконит и др.; цемент таких песчаников может быть кремнистым, глинистым, из­вестковым, железистым, фосфоритовым и др.

Магнетитовые и гранатовые пески и песчаники состоят из зёрен кварца и глауконита, встречаются редко.

Кварц-глауконитовые пески и песчаники состоят из зерен кварца (20-40%) и глауконита (60-80%) с небольшой примесью слюды и других минералов в зависимости от количества глауконита и интенсивности его окраски пески имеют более или менее яркий зеленый цвет. При выветривании, которое сопровождается разло­жением глауконита и образованием оксидов железа, цвет их ста­новится ржаво-бурым.

Железистые пески и песчаники обычно представляют собой кварцевые пески и песчаники, зерна которых покрыты коркой бурых железистых минералов – гётита и гидрогётита; цемент песчаников также железистый, поэтому цвет пород коричневый – от лилово-бурого до ржаво-коричневого.

Аркозовые пески и песчаники образуются при разрушении гранитоидов, поэтому в их состав входят кварц, полевые шпаты и небольшое количество темноцветных минералов – биотита, роговой обманки, пироксена; состав цемента песчаников разнообразен.

Граувакки – темно-серые, зеленовато-бурые или зеленовато-коричневые, часто плотно сцементированные псаммиты, сложен­ные главным образом зернами темноцветных минералов – амфи­болов, пироксенов и др. Это типичные полимиктовые образования.

Алевриты (рыхлые) и алевролиты (плотные) сложены частица­ми минералов размером от 0,1 до 0,01 мм. К алевритам относятся лёссы, супеси (алевритовый материал с песком), суглинки (алев­ритовый материал с глиной) и некоторые другие породы. Плотные алевролиты имеют цемент, который слабо отличается от цемента песчаников.

Пелиты , или глины (греч. пелёс – глины), – большая группа пород, образующихся в результате измельчения минеральных час­тиц до размеров 0,01 мм и менее, происходящего в процессе пере­тирания и химического разложения. По основным свойствам пелиты отличаются от обломочных пород: имея малые размеры, частицы пелитов не оседают на дно под действием силы тяжести, а обра­зуют суспензии.

Глины – породы, образующие с водой пластичную массу, твер­деющую при высыхании, а при обжиге приобретающую твердость камня. В сухом состоянии глины либо землистые, рыхлые, легко рассыпающиеся и растирающиеся, либо очень плотные. Насыщаясь водой, эта порода разбухает, размягчается и превраща­ется в пластичную вязкую массу, которая при дальнейшем добавле­нии воды приобретает способность течь; за счет гигроскопичности она способна поглощать до 70% (по объему) воды, а после полно­го насыщения водой становится водоупором и не пропускает воду. Чистые глины называют жирными , а со значительной примесью песка – тощими. В зависимости от количества песка различают песчанистые глины или глинистые пески; глины с примесью кар­боната кальция называют известковистыми.

Каолины – белые глины, сложенные каолинитом, образующиеся при выветривании полевошпатовых пород. В коре выветривания ка­олины Содержат примеси зерен кварца, чешуек слюды и других устойчивых к выветриванию минералов, входящих в состав исход­ной породы.

В коре выветривания пород, содержащих алюмосиликаты – гранитоидов и др., нередко встречаются специфические породы – бок­ситы. Это плотные породы, окрашенные в красные, реже в серые тона, состоящие главным образом из оксидов алюминия, часто с примесью оксидов железа, имеющие обломочную или оолитовую структуру.

Аргиллиты – это плотные, твердые (твердость до 3) породы, образующиеся в результате диагенеза глин. Последние при этом утрачивают ряд признаков, таких, как пластичность и водопоглощаемость.

К этим классам относятся всем хорошо знакомые сыпучие по-роды — песок, щебень, галечник, гравий; сцементированные по-роды, среди которых самым известным является песчаник, а также глинистые породы — глина, суглинки, супеси.

Названные породы сильно отличаются друг от друга по составу и свойствам, но в природе переход от обломочных пород к гли-нистым очень постепенный, с большим количеством смешанных разностей, что задает необходимость рассмотрения данных классов в рамках одного раздела.

Классификация

В разделе рассматривается пять классов по-род — крупнообломочные, песчаные, мелкообломочные, глинис-тые и смешанные. Для краткости условимся называть их всех вмес-те обломочными и глинистыми. Как можно видеть, все они класси-фицируются по размеру, форме обломков, цементации и связности.

Осадочные обломочные, глинистые и смешанные породы

Структура и размер частиц, мм	Название породы
	Текстура
	Несцементированная		Сцементированная		Связная
	Угловатые обломки	Округлые обломки	Угловатые обломки	Округлые обломки
1. Крупно-обломочные: более 1000	Неока- танные глыбы	Глыбы	Глыбовая брекчия	Глыбо-вый кон-гломерат
200-1000	Неока- танные валуны (камни)	Валуны	Валунная брекчия	Валун-ный кон-гломерат
10-200	Щебень	Галечник	Бре^ия	Конгло- мерат
2-10	Дресва (мелкий щебень)	Гравий	Мелкая брекчия	Гравелит
2. Среднеобло-мочная — песча-ная (0,05-2):	Пески (по преоб-ладающей фрак-ции): гравелистый (грубый)		Песчаники (по пре-обладающей фрак-ции): гравелистый (грубый)
0,5-1	крупный		крупный
0,25-0,5	средний		средний
0,1-0,25	мелкий		мелкий
0,05-0,1	пылеватый (тонкий)		пылеватый (тонкий)
3. Мелкообломоч-ная — пылеватая: 0,002...0,05	Алеврит		Алевролит		Лёсс
4. Микрозернис- тая — глинистая: менее 0,002 (0,005)	Глина		Аргиллит		Глина
5. Смешанная	Песок пылевато-гли- нистый со щебнем и гравием, галечник с песчаным гравий-ным заполнителем и др.		Конгломерат песча-нистый, гравелит песчанистый и др.		Глина, сугли- нок, супесь

Состав

Эти породы состоят из продуктов механического и хи-мического разрушения и преобразования других пород на поверх-ности земли. В подавляющем большинстве случаев они являются почвообразующим материалом, на них осуществляется большая часть строительства и прочего природообустройства, их чаще других называют словом «грунт».

В составе обломочных и глинистых пород выделяется три ос-новные составные части — обломки, цемент и глинистый материал.

Обломочный материал

Обломочный материал — главная составная часть обломочных пород — каменный материал в составе глыб, валунов, гальки, гравия, щебня, песчинки, образующие песок, кварцевая мине-ральная пыль. Все это может быть представлено различными скаль-ными или полускальными породами, и название исходной породы может быть только упомянуто — щебень гранитный, галечник из-вестняковый, песок кварцевый. Булыжник, бут, голыш, брус-чатка — естественный или специально обработанный и подоб-ранный камень размером в десятки сантиметров, применяемый в строительстве для мощения дорог и кладки фундамента.

По форме выделяют два основных типа обломков — угловатые и округлые, также существует несколько переходных типов между ними.

Каменные обломки различной формы

а — угловатые; б — округлые (окатанные); в — полуокатанные

Широко распространенную морену принято называть щеб-нистым суглинком, в то время как имеющиеся в ней каменные включения скорее ближе к округлой гальке, чем к угловатому щебню.

Обломки угловатой формы. Они образуются при выветри-вании и отламывании кусков от коренной монолитной породы. В природе данный процесс интенсивнее всего развит на склонах; образующиеся в результате него обломки скапливаются у подножья склонов, образуя каменные осыпи. При горизонтальном рельефе угловатые обломки остаются на своем месте, и процесс выветри-вания быстро затухает с глубиной. Так образуются коры выветри-вания.

Угловатые обломки в составе коры выветривания и каменной осыпи

Породы осыпей и кор выветривания в зависимости от размеров обломков называют глыбами, щебнем, дресвой, хрящом. Они могут служить строительным материалом в местах своего распростра-нения, хотя реально используемые в строительстве щебень, глыбы и т.п. значительно чаще являются искусственно дроблеными кам-нями, добываемыми в карьерах при помощи взрывов. На их основе можно получить более прочные материалы для строительства, чем при использовании выветрелого и трещиноватого естественного камня, тем более что большинство населения России проживает на равнинных.территориях, где эти осыпи и коры выветривания практически отсутствуют.

Округлые (окатанные) обломки приобретают такую форму в результате обработки водой (морским прибоем, реками, водно-ледниковыми потоками), реже — ветром. Из угловатых глыб обра-зуются валуны, из щебня — галька, из дресвы (мелкого щебня) — гравий. Чем мельче обломки, тем чаще они бывают округлыми. Например, пески с угловатыми обломками в природе встречаются, но крайне редко. Пылеватая фракция — кварцевые обломки раз-мером 0,002—0,05 мм всегда округлые. Из-за мелких размеров они начинают демонстрировать коллоидные свойства — легко слипаются между собой, а будучи взмученными, медленно оседают в воде.

Цемент

Некоторые породы в природе напоминают по своему сложению такие известные искусственные материалы, как отвер-девший цементный раствор или бетон, тем, что состоят из камен-ных обломков, скрепленных между собой цементом. Не исклю-чено, что идея создания бетона была заимствована людьми в при-роде. Природный цемент сходен по составу с некоторыми химическими осадочными породами. Он бывает карбонатным, кремнистым, сульфатным, железистым и глинистым — тогда его называют глинистым заполнителем. Карбонатный цемент сходен по составу с химическим известняком и определяется по реакции с кислотой. Кремнистый — наиболее прочный и твердый из цемен-тов, иногда он имеет жирный блеск, с кислотой не реагирует. Суль-фатный — не прочен, он царапается ногтем, изредка на нем видны сахаровидные кристаллы. Железистый цемент узнается по ржавому цвету. Глинистый цемент царапается ногтем, размокает в воде.

Образование цемента возможно двумя путями:

• в морских условиях при одновременной аккумуляции хими-ческого осадка вместе с обломками;
• за счет выпадения в осадок химического материала из под-земных вод внутри обломочной толщи после ее накопления.

Породы с различными типами цемента

а — базальный цемент; б — поровый цемент; в — контактовый

Глинистые минералы

В крупнообломочных породах гли-нистые минералы могут играть роль заполнителя между каменными частицами и фактически являться цементом. При смешении гли-нистых минералов с песчаным и мелкообломочным материалом образуются так называемые глинистые породы — суглинки, супеси и природные глины. Глинистые минералы приобретают при этом роль главного компонента, придавая всей смеси свойства гли-нистых пород, главные из которых — влагоемкость, водонепрони-цаемость и связность — способность делаться пластичной при ув-лажнении и твердой при высыхании.

Структура, гранулометрический и минеральный состав

Эти харак-теристики тесно связаны между собой. Структура материала опре-деляется в зависимости от размеров частиц. Частицы определенного размера принято называть фракциями. Границы фракций взяты по ГОСТ 25100—2011 «Грунты», они с очень небольшими измене-ниями повторяют границы, принятые в геологической литературе, отличаются лишь названия фракций; геологические даны в скобках.

Структуры и примерный состав обломочных, глинистых и смешанных пород

Структура и фракция — размер частиц	Примерный состав
1. Крупнообломочная (псефиты) — крупнее 2 мм	Обломки любых скальных пород
2. Среднеобломочная — песчаная (псаммиты) — 0,05-2 мм	Преобладает кварц, может присут-ствовать полевой шпат, прочих минералов совсем мало
3. Мелкообломочная — пылеватая (алевриты) — 0,002-0,05 мм	Кварц — практически вся фракция
4. Микрозернистая — глинистая (пелиты) — менее 0,002 мм (менее 0,005 мм)	Каолинит, монтмориллонит, глау-конит и другие глинистые мине-ралы, кварц, лимонит
5. Смешанная — обломочно-пес-чаная, песчано-глинистая и др.	Различные смеси частиц 1—4-й фракций

Известна, что чем мельче раздроблен материал, тем быстрее он растворяется и вступает в химические реакции. Поэтому среди об-ломков крупного размера (глыб, валунов, щебня, гальки) встреча-ются почти все породы за исключением наиболее растворимых — гипса, ангидрита, каменной и других солей. Среди обломков средних размеров встречаются в основном кварц — самый устой-чивый к выветриванию минерал, реже полевой шпат, еще реже другие минералы. Среднеобломочные породы — это пески.

Среди мелкообломочных (пылеватых) частиц почти не встреча-ются другие минералы, кроме кварца. Породы — лёсс, алеврит, алевролит.

Микрозернистые породы сложены каолинитом, монтморилло-нитом, гидрослюдами и другими глинистыми минералами. По-роды — чистые глины.

Смешанные породы — чаще всего смесь песчаной, пылеватой и глинистой фракции — это глины, суглинки и супеси. Широко используются термины «песчано-глинистые» и «глинистые по-роды», употребляемые как синонимы.

Процентное весовое содержание частиц различных фракций на-зывается гранулометрическим составом (грансоставом) . Для его определения образец грунта пропускается через набор сит с даль-нейшим взвешиванием каждой фракции. Далее по небольшому на-бору правил породе дается формально правильное название. Это относится к несцементированным крупнообло-мочным, песчаным и отчасти некоторым глинистым породам, о чем речь пойдет ниже.

Подразделение крупнообломочных и песчаных грунтов

Разновидности крупнообломочных грунтов и песков	Размер частиц, мм
Крупнообломочные:
валунный (глыбовый)	>200	> 50
галечниковый (щебнистый)	> 10	> 50
гравийный (дресвяный)		> 50
Пески:
гравелистый
крупный	>0,50	> 50
средней крупности	>0,25	> 50
мелкий	> 0,10
пылеватый	>0,10	< 75

Правильное присвоение названия песчаным и глинистым грунтам — важная задача геологии и грунтоведения. От типа грунта (фактически от наименования) зависят различные табличные зна-чения параметров, входящих в расчеты оснований, что важно для проектировщиков. Поэтому грансостав наряду с другими лабора-торными свойствами грунтов является одним из важнейших пока-зателей свойств и в массовом порядке определяется при прове-дении изысканий.

Как можно видеть, все начинается в горных условиях с выветри-вания, обвалов и осыпания угловатых каменных обломков — так образуются природные глыбы и щебень. В процессе выветривания (химического) образуются также глинистые минералы , которые легко уносятся водой, а если разрушаются очень распространенные в природе граниты и гнейсы, то образуется также обломочный кварц с частицами песчаного и пылеватого размера.

Схема образования обломочных пород

За счет силы тяжести, склоновых процессов, временных водных потоков и рек угловатый обломочный материал попадает на мор-ское побережье. Здесь к нему добавляется материал, образующийся за счет разрушения берега волнами. В зоне прибоя каменный мате-риал дополнительно дробится, обломки округляются, образуются валуны , галечник , гравий , песок и кварцевая пыль — материал алев-ритов. Часть материала растворяется. Волнением и морскими тече-ниями осадки относит на большую глубину, где, возможно, проис-ходят цементадия и превращение в сцементированные аналоги — конгломераты , гравелиты , песчаники , алевролиты.

Аналогичные процессы в меньших масштабах могут происхо-дить за счет геологической работы горных рек, ледников и водно-ледниковых потоков. Если отсутствует фаза округления, то при це-ментации угловатого материала могут возникать осадочные брекчии.

Тектонические брекчии образуются в зонах тектонических нару-шений. Обломочный материал получается при перемещении тек-тонических блоков вдоль плоскостей разломов, а цементация — за счет выделения химического осадка из подземных вод, легко циркулирующих по раздробленной зоне.

ОСАДОЧНЫЕ ОБЛОМОЧНЫЕ, ПЕСЧАНЫЕ, ГЛИНИСТЫЕ И СМЕШАННЫЕ (ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫЕ) ПОРОДЫ

Обломочные породы и их классификации

К этим классам относятся всем хорошо знакомые сыпучие породы - песок, щебень, галечник, гравий; сцементированные породы, среди которых самым известным является песчаник, а также глинистые породы - глина, суглинки, супеси.

Названные породы сильно отличаются друг от друга по составу и свойствам, но в природе переход от обломочных пород к глинистым очень постепенный, с большим количеством смешанных разностей, что задает необходимость рассмотрения данных классов в рамках одного раздела.

Классификация. В разделе рассматривается пять классов пород - крупнообломочные, песчаные, мелкообломочные, глинистые и смешанные. Для краткости условимся называть их всех вместе обломочными и глинистыми. Как можно видеть, все они классифицируются по размеру, форме обломков, цементации и связности (табл. 3.5).

Осадочные обломочные, глинистые и смешанные породы

Таблица 3.5

Структура и размер частиц, мм	Название породы
	Текстура
	Несцементированная		Сцементированная
	Угловатые	Округлые	Угловатые	Округлые
1. Крупнообломочные: более 1000			Глыбовая	Глыбовый конгломерат
	Неока - танные валуны (камни)		Валунная	Валунный конгломерат
		Галечник		Конгломерат
				Гравелит
2. Среднеобломочная - песчаная (0,05-2):	Пески (по преобладающей фракции): гравелистый (грубый)		Песчаники (по преобладающей фракции): гравелистый (грубый)
	пылеватый (тонкий)		пылеватый (тонкий)
3. Мелкообломочная - пылеватая: 0,002...0,05			Алевролит
4. Микрозернис- тая - глинистая: менее 0,002 (0,005)			Аргиллит
5. Смешанная	Песок пылевато-глинистый со щебнем и гравием, галечник с песчаным гравийным заполнителем и др.		Конгломерат песчанистый, гравелит песчанистый и др.		суглинок,

Состав. Эти породы состоят из продуктов механического и химического разрушения и преобразования других пород на поверхности земли. В подавляющем большинстве случаев они являются почвообразующим материалом, на них осуществляется большая часть строительства и прочего природообустройства, их чаще других называют словом «грунт».

В составе обломочных и глинистых пород выделяется три основные составные части - обломки, цемент и глинистый материал.

1. Обломочный материал - главная составная часть обломочных пород - каменный материал в составе глыб, валунов, гальки, гравия, щебня, песчинки, образующие песок, кварцевая минеральная пыль. Все это может быть представлено различными скальными или полускальными породами, и название исходной породы может быть только упомянуто - щебень гранитный, галечник известняковый, песок кварцевый. Булыжник, бут, голыш, брусчатка - естественный или специально обработанный и подобранный камень размером в десятки сантиметров, применяемый в строительстве для мощения дорог и кладки фундамента.

По форме выделяют два основных типа обломков - угловатые и округлые, также существует несколько переходных типов между ними (рис. 3.12).

Рис. 3.12. Каменные обломки различной формы: а - угловатые; б - округлые (окатанные); в - полуокатанные

Широко распространенную морену принято называть щебнистым суглинком, в то время как имеющиеся в ней каменные включения скорее ближе к округлой гальке, чем к угловатому щебню.

1.1. Обломки угловатой формы. Они образуются при выветривании и отламывании кусков от коренной монолитной породы.

В природе данный процесс интенсивнее всего развит на склонах; образующиеся в результате него обломки скапливаются у подножья склонов, образуя каменные осыпи. При горизонтальном рельефе угловатые обломки остаются на своем месте, и процесс выветривания быстро затухает с глубиной. Так образуются коры выветривания (рис. 3.13).

Рис. 3.13.

Породы осыпей и кор выветривания в зависимости от размеров обломков называют глыбами, щебнем, дресвой, хрящом. Они могут служить строительным материалом в местах своего распространения, хотя реально используемые в строительстве щебень, глыбы и т.п. значительно чаще являются искусственно дроблеными камнями, добываемыми в карьерах при помощи взрывов. На их основе можно получить более прочные материалы для строительства, чем при использовании выветрелого и трещиноватого естественного камня, тем более что большинство населения России проживает на равнинных территориях, где эти осыпи и коры выветривания практически отсутствуют.

• 1.2. Округлые (окатанные ) обломки приобретают такую форму в результате обработки водой (морским прибоем, реками, водноледниковыми потоками), реже - ветром. Из угловатых глыб образуются валуны, из щебня - галька, из дресвы (мелкого щебня) - гравий. Чем мельче обломки, тем чаще они бывают округлыми. Например, пески с угловатыми обломками в природе встречаются, но крайне редко. Пылеватая фракция - кварцевые обломки размером 0,002-0,05 мм всегда округлые. Из-за мелких размеров они начинают демонстрировать коллоидные свойства - легко слипаются между собой, а будучи взмученными, медленно оседают в воде.
• 2. Цемент. Некоторые породы в природе напоминают по своему сложению такие известные искусственные материалы, как отвердевший цементный раствор или бетон, тем, что состоят из каменных обломков, скрепленных между собой цементом. Не исключено, что идея создания бетона была заимствована людьми в природе. Природный цемент сходен по составу с некоторыми химическими осадочными породами. Он бывает карбонатным, кремнистым, сульфатным, железистым и глинистым - тогда его называют глинистым заполнителем. Карбонатный цемент сходен по составу с химическим известняком и определяется по реакции с кислотой. Кремнистый - наиболее прочный и твердый из цементов, иногда он имеет жирный блеск, с кислотой не реагирует. Сульфатный - не прочен, он царапается ногтем, изредка на нем видны сахаровидные кристаллы. Железистый цемент узнается по ржавому цвету. Глинистый цемент царапается ногтем, размокает в воде.

Образование цемента возможно двумя путями:

• 1) в морских условиях при одновременной аккумуляции химического осадка вместе с обломками;
• 2) за счет выпадения в осадок химического материала из подземных вод внутри обломочной толщи после ее накопления.

Породы с наиболее распространенными типами цементации представлены на рис. 3.14.

Рис. 3.14. Породы с различными типами цемента: а - базальный цемент; б - поровый цемент; в - контактовый

3. Глинистые минералы. В крупнообломочных породах глинистые минералы могут играть роль заполнителя между каменными частицами и фактически являться цементом. При смешении глинистых минералов с песчаным и мелкообломочным материалом образуются так называемые глинистые породы - суглинки, супеси и природные глины. Глинистые минералы приобретают при этом роль главного компонента, придавая всей смеси свойства глинистых пород, главные из которых - влагоемкость, водонепроницаемость и связность - способность делаться пластичной при увлажнении и твердой при высыхании.

Структура, гранулометрический и минеральный состав. Эти характеристики тесно связаны между собой. Структура материала определяется в зависимости от размеров частиц. Частицы определенного размера принято называть фракциями. Границы фракций взяты по ГОСТ 25100-2011 «Грунты», они с очень небольшими изменениями повторяют границы, принятые в геологической литературе, отличаются лишь названия фракций; геологические даны в скобках (табл. 3.6).

Таблица 3.6

Структуры и примерный состав обломочных, глинистых и смешанных пород

Структура и фракция - размер частиц	Примерный состав
1. Крупнообломочная (псефиты) - крупнее 2 мм	Обломки любых скальных пород
2. Среднеобломочная - песчаная (псаммиты) - 0,05-2 мм	Преобладает кварц, может присутствовать полевой шпат, прочих минералов совсем мало
3. Мелкообломочная - пылеватая (алевриты) - 0,002-0,05 мм	Кварц - практически вся фракция
4. Микрозернистая - глинистая (пелиты) - менее 0,002 мм (менее 0,005 мм)	Каолинит, монтмориллонит, глауконит и другие глинистые минералы, кварц, лимонит
5. Смешанная - обломочно-песчаная, песчано-глинистая и др.	Различные смеси частиц 1-4-й фракций

Известно, что чем мельче раздроблен материал, тем быстрее он растворяется и вступает в химические реакции. Поэтому среди обломков крупного размера (глыб, валунов, щебня, гальки) встречаются почти все породы за исключением наиболее растворимых - гипса, ангидрита, каменной и других солей. Среди обломков средних размеров встречаются в основном кварц - самый устойчивый к выветриванию минерал, реже полевой шпат, еще реже другие минералы. Среднеобломочные породы - это пески.

Среди мелкообломочных (пылеватых) частиц почти не встречаются другие минералы, кроме кварца. Породы - лёсс, алеврит, алевролит.

Микрозернистые породы сложены каолинитом, монтмориллонитом, гидрослюдами и другими глинистыми минералами. Породы - чистые глины.

Смешанные породы - чаще всего смесь песчаной, пылеватой и глинистой фракции - это глины, суглинки и супеси. Широко используются термины «песчано-глинистые» и «глинистые породы», употребляемые как синонимы.

Процентное весовое содержание частиц различных фракций называется гранулометрическим составом (грансоставом ). Для его определения образец грунта пропускается через набор сит с дальнейшим взвешиванием каждой фракции. Далее по небольшому набору правил породе дается формально правильное название (табл. 3.7). Это относится к несцементированным крупнообломочным, песчаным и отчасти некоторым глинистым породам, о чем речь пойдет ниже.

Таблица 3.7

Подразделение крупнообломочных и песчаных грунтов

Правильное присвоение названия песчаным и глинистым грунтам - важная задача геологии и грунтоведения. От типа грунта (фактически от наименования) зависят различные табличные значения параметров, входящих в расчеты оснований, что важно для проектировщиков. Поэтому грансостав наряду с другими лабораторными свойствами грунтов является одним из важнейших показателей свойств и в массовом порядке определяется при проведении изысканий.

Происхождение обломочных пород схематично показано на рис. 3.15.

Как можно видеть, все начинается в горных условиях с выветривания, обвалов и осыпания угловатых каменных обломков - так образуются природные глыбы и щебень. В процессе выветривания (химического) образуются также глинистые минералы , которые легко уносятся водой, а если разрушаются очень распространенные в природе граниты и гнейсы, то образуется также обломочный кварц с частицами песчаного и пылеватого размера.

Рис. 3.15.

За счет силы тяжести, склоновых процессов, временных водных потоков и рек угловатый обломочный материал попадает на морское побережье. Здесь к нему добавляется материал, образующийся за счет разрушения берега волнами. В зоне прибоя каменный материал дополнительно дробится, обломки округляются, образуются валуны, галечник, гравий, песок и кварцевая пыль - материал алевритов. Часть материала растворяется. Волнением и морскими течениями осадки относит на большую глубину, где, возможно, происходят цементация и превращение в сцементированные аналоги - конгломераты, гравелиты, песчаники, алевролиты.

Аналогичные процессы в меньших масштабах могут происходить за счет геологической работы горных рек, ледников и водноледниковых потоков. Если отсутствует фаза округления, то при цементации угловатого материала могут возникать осадочные брекчии.

Тектонические брекчии образуются в зонах тектонических нарушений. Обломочный материал получается при перемещении тектонических блоков вдоль плоскостей разломов, а цементация - за счет выделения химического осадка из подземных вод, легко циркулирующих по раздробленной зоне.

Искусственный галечник, искусственный пляж. При необходимости увеличения площади естественного галечного пляжа на побережье завозится щебень и сбрасывается в прибойную зону. Скорость округления обломков зависит от крепости исходной породы и обычно составляет несколько месяцев, после чего пляж вновь готов для использования. Искусственный пляж необходимо регулярно пополнять щебнем и защищать от размыва, так как в природе постоянно идут процессы перетирания гальки и уноса ее морскими течениями. Наращивание площадей песчаных пляжей выполняется аналогичным образом, но предохранение их от размыва еще сложнее.

Текстура обломочных, песчаных и смешанных пород. Породы этой группы обладают большим разнообразием текстур и сложения в силу разнообразия самих пород (табл. 3.8).

С точки зрения плотности сложения породы могут быть плотными, пористыми, микро- и макропористыми, трещиноватыми и выветрелыми. Плотными текстурами среди пород этой группы обладают только хорошо сцементированные брекчии, конгломераты, гравелиты, песчаники и алевролиты. Пористыми за счет промежутков между обломками и частицами являются все несцементированные породы - валунники, галечник, щебень, гравий, песок, алеврит и пр. Микропористые - все глинистые породы за счет невидимых невооруженным глазом микропор.

Пористость несцементированных обломочных и глинистых пород может составлять 20-35% и превышать 50% у лессов. Широко применяемые термины (плотная глина, плотный песок и т.п.) являются относительными и обозначают минимальную пористость этих пород, составляющую 10-25% объема. Для песчаных и глинистых пород пористость измеряется при изысканиях и является показателем, по которому вычисляется сжатие этих пород в основании сооружений.

По взаимному расположению частиц обломочные породы, как и большинство осадочных пород, бывают слоистыми и неслоистыми. Сильно уплотненные слоистые разности иногда называют сланцеватыми из-за внешнего сходства с группой метаморфических сланцев. В отличие от них осадочные сланцеватые породы размокают.

По связям между частицами (эту характеристику можно отнести и к структуре) обломочные породы определяются как несцементированные (сыпучие, рыхлые), сцементированные и связные (рыхлые). Термин «связные» употребляется в отношении песчаноТаблица 3.8

Текстуры и некоторые особенности сложения осадочных обломочных, глинистых и смешанных (обломочно-глинистых) пород

Вид текстуры	Характеристика
1. Текстура, определяемая плотностью сложения
1.1. Плотная	Поры не видны, в сухой образец вода не впитывается - сцементированные обломочные породы
1.2. Микропористая	Присуща глинистым породам. Точно пористость определяется в лаборатории. Некоторые образцы легкие
1.3. Пористая, мелкопористая, кавернозная	Поры видны невооруженным глазом. Это присуще слабосцементированным и несцементированным породам
1.4. Макропористая	Термин используется только в отношении лёссов, обладающих не только микропористостью, но и видимыми невооруженным глазом порами диаметром около 1 мм, называемыми макропорами
1.5. Трещиноватая	В породе имеются трещины
1.6. Вы ветрел ая	Трещины и пустоты в породе расширены в результате процессов выветривания. Порода ослаблена
2. Текстуры, определяемые по взаимному расположению частиц в породе
2.1. Слоистая: а) макрослоистая	Видна только в обнажении по изменению цвета, состава, сложения породы
б) мелкослоистая	Бывает видна в образцах
в) сланцеватая	Тонкая мелкая слоистость глинистых пород тугопластичной и твердой консистенции. Образцы разламываются на плитчатые блоки по напластованию
2.2. Неслоистая	Породы не обладают слоистостью - лёсс, морена
3. Текстуры, определяемые по связям между частицами
3.1. Сцементированная	Частицы породы скреплены между собой цементом
3.2. Несцементированная (сыпучая, рыхлая)	Частицы породы не скреплены между собой
3.3. Связная (рыхлая)	Присуща глинистым породам. Порода связана за счет коллоидных связей между частицами. Порода пластична при замачивании, становится твердой при высыхании, но не является ни монолитным, ни сыпучим материалом

глинистых пород. Они не представляют собой ни скальный, ни сыпучий материал. Они пластичны и текучи при увлажнении и становятся почти твердыми при высыхании.

Гидрогеологические и инженерно-геологические свойства сцементированных обломочных пород. Сцементированные породы могут быть как плотными непроницаемыми, так и пористыми, проницаемыми для воды - все зависит от соотношения промежутков между обломками и количеством цемента. Они могут быть также трещиноватыми, а если в составе сцементированной породы имеются карбонатные или сульфатные составляющие, возможно развитие карста, что дополнительно увеличивает проницаемость. Эти породы обладают обычными свойствами скальных и полускальных пород. Как основание они достаточно прочные и несжимаемые. Как материал для дробления на щебень широко используются только песчаники и алевролиты, хотя возможно использование и крупнообломочных пород. Для получения красивой облицовочной плитки применяются мраморные брекчии, для получения плитки, укладываемой на пол, - песчаники и алевролиты. Крепкий, хорошо сцементированный песчаник используется даже для изготовления ступеней, так как дает хорошую шероховатую поверхность. Тонкослоистые разности песчаника не требуется пилить - они дают природную плитку неправильной формы и подходят для укладки на дорожки.

Гидрогеологические и инженерно-геологические свойства несцементированных обломочных пород. Все несцементированные породы обладают хорошей проницаемостью, водообильностью, образуют водоносные горизонты, пригодные и удобные для эксплуатации. Чем крупнее обломки, тем больше проницаемость, тем больше коэффициенты фильтрации (см. ч. II, табл. 8.1). Галечники, щебень, гравий по своей проницаемости уступают только сильно пористым, трещиноватым и закарстованным скальным породам.

Пески - тоже проницаемая порода. Размеры песчинок варьируют от 0,05 до 2 мм. Также в десятки раз варьирует коэффициент фильтрации - он максимален у гравелистых песков и минимален у пылеватых.

Наибольшей распространенностью среди несцементированных обломочных пород обладают пески. Они часто залегают на поверхности, образуя грунтовые водоносные горизонты. Пески часто встречаются в разрезе, а будучи перекрыты сверху глинистыми породами образуют межпластовые водоносные горизонты пресных вод. Для целей проектирования строительства крупнообломочные грунты и пески в соответствии с ГОСТ 25100-2011 классифицируются по гранулометрическому составу, степени водонасыщения, пористости и некоторым другим показателям, определяемым лабораторно.

Наличие заполнителя из глины или органики сильно снижает проницаемость несцементированных пород. Галечники с глинистым заполнителем превращаются, по сути дела, в слабопроницаемые породы. Проницаемость глинистых песков с органикой уменьшается в десятки раз по сравнению с аналогичными породами без заполнителя. Как основание и среда сооружений несцементированные породы обычно не представляют сложностей, за исключением пылеватых и мелких песков, способных к проявлению плывунных свойств и морозному пучению. Валуны, глыбы, галечники, щебень, гравий - слабо сжимаемое основание.