4.4.Осадочные горные породы

Происхождение осадочных пород. Любая находящаяся на зем­ной поверхности порода подвергается воздействию выветривания, т. е. разрушительному воздействию воды, колебаний температур и т. д. В результате даже самые массивные, прочные магматические породы постепенно разрушаются, образуя обломки разных разме­ров, распадаясь до мельчайших частиц.

Продукты разрушения переносятся ветром, водой и на опреде­ленном этапе переноса отлагаются, образуя рыхлые скопления или осадки. Накопление происходит на дне рек, морей, океанов и на по­верхности суши. Из рыхлых скоплений (осадков) с течением време­ни формируются (уплотняются, приобретают структуру и т. д.) различные осадочные породы.

Осадочные породы слагают самые верхние слои земной коры, покрывая своеобразным чехлом породы магматического и мета­морфического происхождения. Несмотря на то что осадочные поро­ды составляют всего 5% земной коры, земная поверхность на 75% своей площади покрыта только этими породами. В связи с этим строительство производится в основном на осадочных породах. Инженерная геология этим породам уделяет наибольшее внимание.

Мощность толщ осадочных пород колеблется в широких пределах — в одних местах она очень мала, в других исчисляется километрами.

Особенности осадочных пород. Осадочные породы в силу специфических условий образования приобретают ряд особенностей, ко­торые существенно отличают их от магматических и метаморфических пород. Это проявляется в минеральном и химическом составе, структурах, слоистости, пористости, зависимости состава и свойств пород от климата, в содержании органических остатков.

Минеральный и химический состав.

В образовании осадочных пород, кроме минералов, из которых формировался рыхлый осадок (кварц, полевые шпаты и др.), принимают участие минералы, возникающие в данной породе в процессе ее существования (кальцит, каолинит и др.). Во многих случаях эти минералы играют существенную роль. Осадочные породы разнообразны по химическому составу. Это могут быть алюмосиликаты, карбонаты, окислы, сульфаты и др.

Структуры осадочных пород весьма разнообразны. Почти каждый тип породы имеет свою, присущую только ему структуру. Для рыхлых пород характерны обломочные структуры, для сцементированных – брекчиевидные и т.д.

Пористость типична для всех осадочных пород, за исключением некоторых плотных химических осадков. Поры бывают мелкие, крупные и в виде каверн. Общая пористость может быть велика, например, суглинки – 40 – 50% , пески —

35—40% и т. д. В порах может располагаться вода, газ, органический материал.

Слоистость. Осадочные породы залегают в виде слоев (рис.2), которые образуются в процессе периодического накопле­ния осадков в водной и воздушной среде. В составе слоя может быть микрослоистость, отражающая осадконакопление в различные времена года. Микрослоистость характерна для озерных и речных отложений. В слое горной породы могут быть также тонкие слои других пород. Их называют прослоями. Например, в слое песка мо­жет быть тонкий прослой глины.

При резком различии слоев по составу, например слой извест­няка лежит на слое песка, более или менее постоянной мощности и сравнительно большой занимаемой площади слои называют пла­стами. В таких случаях слои (пласты) обычно ограничены с двух сторон четко выраженными поверхностями, которые называют плоскостями (поверхностями) напластования, в том числе верхнюю плоскость называют — кровлей, нижнюю — подошвой, а расстоя­ние между ними — мощностью слоя (пласта). Наибольшей мощно­стью пластов обладают морские отложения (до сотен и даже тысяч метров). Континентальные образования четвертичной системы, залегающие непосредственно под слоем почвы, имеют, как правило, относительно небольшую мощность — 10—50 м.

Комплекс слоев, объединенных сходством состава или возраста, или один слой, но значительной мощности нередко называют тол­щей. Призером могут служить толщи лёссовых пород, мощность которых может достигать десятков метров.

Слои образуются в процессе накопления осадков в морях, озе­рах, долинах рек и т. д. Это обусловливает образование слоев раз­личной формы как по размеру в плане, так и по очертаниям по вер­тикали. Наиболее обычным является нормальный слой (рис.2), для которого характерна сравнительно большая мощность и протя­женность, параллельность кровли подошве. Для континентальных отложений характерны также линзы — слои, занимающие малые площади с выклинивани­ем мощности к краям слоя, и выклинивающие­ся слои, мощности кото­рых уменьшаются в одну сторону.

Важное практическое значение для инженер­ной геологии представля­ет сочетание слоев. При согласном залегании слои лежат параллельно друг другу (рис.2), чаще всего горизонтально.

Рис.2 Форма слоев осадочных пород

1 – нормальные слои; 2 – линза глины в песке; 3 – выклинивание галечника в песке;

4 – несогласное залегание слоев

Такое залегание слоев характерно равнинам. В Других случаях за счет текто­нических движений земной коры возникает несогласное залегание слоев 4 (рис. 2 ). Одна группа слоев при этом залегает непарал­лельно другой группе.

Климатические условия влияют на состав и свойства осадочных пород: в пустынях образуются породы обломочного ха­рактера, в замкнутых бассейнах накапливаются отложения солей и т. д. Окраска пород зависит от климатических условий: породы тропиков и субтропиков обладают красноватой окраской, холод­ному климату свойственны серые тона.

Органические остатки наблюдаются в большинстве осадочных пород. Это остатки растений или скелетных частей орга­низмов в виде окаменелостей.

Классификация осадочных пород.. Осадочные породы принято подразделять на три основные группы: 1) обломочные 2) химиче­ского происхождения (хемогенные) и 3) органогенные, возникшие в результате жизнедеятельности организмов. Это деление несколь­ко условно, так как многие породы имеют смешанное происхожде­ние, например отдельные известняки содержат в своем составе ма­териал органогенного, химического и обломочного характера.

Характеристика групп осадочных пород.

Породы обломочного происхождения состоят из продуктов меха­нического разрушения магматических и метаморфических пород, а также ранее образовавшихся осадочных пород (песчаников, извест­няков и др.).

В табл.7 приведена основная классификация обломочных пород. В ее основе: размеры обломков — грубые, песчаные, пылеватые, глинистые; внешние очертания обломков (угловатые или окатан­ные) и наличие структурных связей между обломками (рыхлые скопления или сцементированные между собой обломки).

Следует отметить, что глинистые частицы к обломкам отнесены условно, так как их происхождение больше связано с химическими процессами и меньше с механическим разрушением. Окатанность возникает в процессе переноса обломков водой. В природе чаще всего встречаются скопления, состоящие из обломков разного раз­мера. Название обломочной породе при этом дается по обломкам, которые в породе занимают основное место.

К обломочным породам в виде самостоятельной группы относят пирокластические породы, которые формируются из твердых вул­канических продуктов (пепла, песка). Оседая на поверхность зем­ли, песок и пепел образуют сцементированные накопления (пепел, туфы и др.).

Таблица 7

Схематическая классификация осадочных горных пород

Условные обозначения							Преобладающий минералогический состав
механические (обломочные)				химические	органо-генные	смешанные
рыхлые	связные	сильно уплотнен-ные	сцементи-рованные
Глыбы, валунники, щебень, галечник, дресва, гравий	-	-	Брекчия, конгло-мерат	-	-	-	Обломки разнообразных горных пород и наиболее устойчивых минералов
Песок	-	-	Песчаник	-	-	-	Кварц, полевой шпат, глауконит и др.
-	Супесь, суглинок, глина, лесс, ил	Алевролит, аргиллит	-	-	-	-	Каолинит, монтмориллонит, гидрослюды, кварц (иногда кальцит, лимонит, органические соединения)
				Каменная соль			Галит, сильвин и др.
				Гипс			Гипс
				Ангидрит			Ангидрит
				Известня- ки (оолито-вые, туфовые)	Извест-няки, мел	Доломит	Кальцит, доломит
				Бурый железняк			Лимонит
						Мергель	Каолинит, кальцит
					Трепел,диатом-ит		Опал
						Опока	Каолинит, опал

Таблица 8

Классификация обломочных пород

Размер обломков, мм	Наименование обломков		Наименование обломочных пород
	угловатые	окатанные	рыхлые	сцементированные
				из угловатых частиц	из окатанных частиц
Более 200 200 – 40 40 – 2 2 – 0,05 0,05 – 0,005 Менее 0,005	Глыбы Щебень Дресва	Валуны Галька Гравий	Грубооб-ломочные Песчаные Пылевые Глинистые	Брекчии		Конгломераты
				Песчаники Алевролиты Аргаллиты
	Песчаные Пылеватые Глинистые

Рыхлые обломочные породы. В их состав входят угловатые (глыбы, щебень, дресва) и ока­танные (валуны, галька, гравий) обломки различных горных по­род. Наибольшее их количество приходится на горные районы, мор­ские побережья, речные долины, районы ледниковых отложений.

Песчаные породы — рыхлые накопления, состоящие из об­ломков минералов песчаного размера (2—0,05 мм). Таких частиц в породе должно быть не менее 50%. По крупности частиц пески подразделяют на крупные (2—0,5 мм), средние (0,5—0,25 мм), мелкие (0,25—0,1 мм) и пылеватые (менее 0,1 мм). В песках преобладают минералы, наиболее устойчивые к выветриванию – кварц, слюды и др.

Мономинеральные пески, например кварцевые, встречаются редко. Вредными в строительном отношении примесями являются окислы железа, гипс, слюды, глинистые частицы. Происхождение песков – речное, ветровое, морское и т.д.

Пылеватые и глинистые породы. Пылеватые и гли­нистые частицы являются основными составными частями супесей, суглинков и глин. Каждая из этих пород в зависимости от количе­ственного взаимоотношения песчаных, пылеватых и глинистых час­тиц имеет свои разновидности. Так, например, супесь бывает лег­кая крупная, легкая пылеватая, тяжелая пылеватая; суглинки — легкие, легкие пылеватые, тяжелые, тяжелые пылеватые; глины — песчанистые, жирные.

Пылеватые и глинистые породы имеют наиболее широкое рас­пространение на поверхности земли, составляют около 50% общего объема осадочных пород и чаще всего являются основаниями раз­личных зданий и сооружений.

Глины в своем составе содержат более 30% глинистых частиц. В сухом состоянии они твердые и плотные, в соединении с водой дают пластичную массу, увеличиваются в объеме.

Сцементированные обломочные породы. Рыхлые обломочные породы в природных условиях могут подвергаться цементации за счет веществ, выделяющихся из циркулирующих водных растворов. Обычно это происходит в зоне цементации, которая располагает­ся в земной коре на некоторой глубине, ниже зоны выветривания.

По взаимоотношению обломков (или зерен) и цементирующего вещества различают базальный, контактовый и поровый тип цемен­та. Наиболее прочны породы с базальным цементом, в котором об­ломки рассеяны в общей массе цементирующего вещества. Цемен­тирующие вещества по своему составу могут быть кремнеземисты­ми, железистыми, известковыми и глинистыми. Наиболее прочным является кремнеземистый цемент, менее прочным — глинистый. Наиболее широко распространены следующие типы сцементиро­ванных пород: конгломераты, брекчии, алевролиты и аргиллиты.

Хемогенные породы образуются в результате выпадения из водных растворов химических осадков. Такой процесс происходит в водах морей, континентальных усыхающих бассейнов, соленных источниках и т.д. К таким породам относятся различные известняки, известковый туф, доломит, ангидрит, гипс, каменная соль и др. Общей для этих пород особенностью является их растворимость в воде, трещиноватость.

Наиболее распространенными породами являются известняки, которые по своему происхождению могут быть также обломочными, органогенными т.д.

Органогенные 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 ди­атомит, трепел, опока, торф, асфальты и др.