Вопрос. Условия возникновения главных минеральных видов глинистых частиц. Условия седименации глинистых частиц.

ГЛИНИСТЫЕ ПОРОДЫ

К глинистым относятся различные глины, аргиллиты, глинистые сланцы и некоторые другие породы. Они составляют больше по­ловины всех осадочных пород стратисферы и имеют большое зна­чение для человека.

Классификация глинистых пород основана на их свойствах, генезисе и минеральном составе. Среди глинистых пород выде­ляются две подгруппы.

/ подгруппа — глины — связные породы, держатся в куске бла­годаря межмолекулярным силам и сцеплению между тончайшими частицами, имеют высокую пористость, достигающую 50 и даже 60%. Глины обладают пластичностью: порошок глины, замешан­ный с водой, образует вязкое тесто, способное формоваться и сохранять приданную ему форму. Обожженное в огне тесто при­обретает каменистую твердость и крепость. Это свойство глин используется в керамической промышленности.

// подгруппа —аргиллиты и глинистые сланцы — сцементиро­ванные и метаморфизованные породы, плотные, с незначительной пористостью (несколько или 1—2%), плохо размокающие или не-размокающие в воде и не обладающие пластичностью.

Глины, аргиллиты и глинистые сланцы по происхождению' можно подразделить на породы обломочные и химические, по об-становкам осадконакопления — на морские, лагунные, дельтовые_г озерные, речные, водноледниковые и элювиальные (коры выветри­вания). По минеральному составу различают каолинитовые, гидрослюдистые, монтмориллонитовые и полиминеральные глины (рис. 69). Встречаются также хлоритовые и палыгорскитовые гли­ны, однако значение их невелико по сравнению с другими мине­ральными типами.В химическом отношении глинистые породы отличаются высоким содержанием глинозема (20—50%) и незначительным щелочей (3—5%).

Выделено два основных генетических типа глинистых пород — обломочные и хемогенные.

Обломочные глины образуются в результате разрушения и переотложения коры выветривания, а также осадочных пород более древнего возраста. Образование обломочных глин происходит в речных, озерно-болотных, лагунных и морских обстановках.

Хемогенные глины формируются в результате химического выветривания кристаллических пород. Типичные примеры химической глины — первичный каолин, монтмориллонит-нонтронитовые продукты выветривания на эффузивных и ультраосновиых породах.

Возможен и иной способ образования глинистых минералов — путем одновременного осаждения в водоемах суши и морях коллоидов глинозема и кремнезема и адсорбции ими из растворов катионов. Глины коллоидного генезиса отличаются тонким размером частиц и раковистым изломом.

Фациальные типы глинистых пород. В зависимости от обста­новки осадконакопления выделяют несколько типов глинистых пород.

Морские глины. Глинистые осадки в современных морях (и осадки морей древних) распространены на шельфе ниже зоны действия воли и течений, а также в заливах и бухтах. Залегают они в виде линз и пластов не большой мощности и характеризуются обычно не очень хорошей сортировкой, содержат примеси алевритового и песчаного< материала.

Некоторые исследователи считают, что глинистые минералы коры выветривания образовались химическим путем, следовательно, все глины хемогенные. Если так рассуждать, то и известняки обломочного генезиса, бокситы и некото­рые другие породы аналогичного способа образования придется исключить из категории обломочных пород.

По минеральному составу морские глины довольно разнообразны. Среди них имеются гидрослюдистые, гидрослюдисто-монтмориллонитовые с хлоритом и смешанно-слойными минералами, реже встречаются каолинитовые или глины, в которых каолинит присутствует в значительном количестве. Органические остатки представлены раковинами и скелетами морских животных, водорослей и растительным детритом, снесенным с суши.

Значительно чаще, во всяком случае в современный период, глинистые осадки встречаются в глубоководных впадинах и на континентальном склоне. Они характеризуются большей дисперсностью и лучшей сортировкой, чем глины шельфа, часто содержат остатки диатомей, радиолярий или фораминифер. В их составе преобладают гидрослюды, монтмориллониты, смешанно-слойные минералы и значительно реже встречается, каолинит.

Особый род глины представляет собой полигенная красная глубоководная глина ложа океана на глубинах 4000—6000 м. Красная глина тонкодисперсная, имеет сложный минеральный состав. Она состоит из гидрослюды, смешанно-слойного минерала типа гидрослюда — монтмориллонит, хлорита, монтмориллонита. Коричневая или буровато-красная окраска ее обусловлена наличием окислов и гидроокислов железа. В красной глубоководной глине Тихого океана много цеолитов (филлипсит и др.) и железо-марганцевых конкреций. Органические остатки представлены редкими радиоля­риями и остатками позвоночных.

Лагунные глины. В засоленных лагунах глины встреча­ются в виде пластов небольшой мощности, переслаивающихся с карбонатными породами, гипсами и солями. Органические остат­ки, как правило, отсутствуют. Окраска глин пестрая, красная, реже серая. Глины постоянно содержат включения аутигенных минералов — карбонатов, сульфатов, солей. По минеральному составу это гидрослюдистые и гидрослюдисто-монтмориллонитовые глины, реже встречаются палыгорскитовые или сепиолитовые.

В опресненных лагунах накапливаются глины иного характера. Обычно они значительно более тонкодисперсные, гидрослюдисто-каолинитовые с примесью хлорита и монтмориллонита или чисто каолинитовые. Как правило, такие глины содержат растительный детрит и пресноводную или солоноватоводную фауну.

Озерные глины. В озерах аридного климата распростра­нены пестрые и красные глины, грубодисперсные гидрослюдисто-монтмориллонитовые или палыгорскитовые. Глины залегают в виде линз и пластов небольшой мощности, содержат ряд аути­генных новообразований — карбонатов, сульфатов и других минералов. Органические остатки, как правило, отсутствуют.

В озерах и озерах-болотах избыточно влажных областей гумидного климата развиты преимущественно гидрослюдисто-каолини-товые и каолинитовые глины. Окраска их белая, серая до темно-серой, содержат массу растительных остатков и иногда стя­жения карбонатов и сульфидов железа.

Ледниковые глины. Этот тип глин встречается в моренных отложениях, иногда целиком слагают морену. Обычно их называют валунными глинами из-за плохой сортировки материала, присутствия ледниковых валунов, гальки, дресвы, песка. Цвет глин красный или красно-бурый. Чаще всего это не настоящие глины, а суглинки и супеси с массой грубообломочного материала. По минеральному составу ледниковые глины гидрослюдистые, гид-рослюдисто-хлоритовые.

Органические остатки отсутствуют.

Особо следует упомянуть о так называемых ленточных глинах — отложениях ледниковых озер. По существу это суглинки и супеси. Название их сохранилось по традиции.

Делювиально-пролювиальные глины. Делювиальные глины наиболее разнообразны по гранулометрическому, минеральному составам и окраске. Обычно они содержат значительную примесь алевритовых и песчаных частиц и даже обломков горных пород. Окраска глин бурая, коричневая, желтовато-бурая в связи с присутствием окислов и гидроокислов железа.

Делювиальные и пролювиальные глины залегают в виде изменчивых и непостоянных по протяжению линз, пластов, прослоек, часто слоисты. Встречаются повсеместно на склонах речных долин, балок, холмов и возвышенностей. По минеральному составу полиминеральны. Кроме глинистых минералов, присутствуют многие неглинистые минералы. Они содержат иногда растительный детрит и остатки наземной фауны.

Аллювиальные глины. В речных отложениях глини­стые породы приурочены к поймам и дельтам. Залегают они в виде линз и маломощных и невыдержанных пластов. Глинистые осадки образуются во время паводков, когда речные воды несут массу тонкой взвеси. Глинистые пласты переслаиваются с алевритовыми и песчаными. Дисперсность аллювиальных глин невысокая, сортировка неудовлетворительная. Обычно они содержат растительный детрит, иногда остатки пресноводной фауны.

Минеральный состав глин разнообразный и непостоянный и зависит от источников сноса. В реках гумидных областей довольно часто встречаются каолинитовые глины.

Элювиальные глины (коры выветривания). Элювиальные глины залегают в виде тел неправильной формы, расположенных пятнами, образуют сплошной покров или линейно вытянутые полосы, карманообразные залежи. Мощность залежей от одного до десятков метров. По внешнему виду и текстуре это пористые, землистые массы, иногда рыхлые или слабо связанные, с преимущественно пестрой окраской. Минеральный состав глин определяется составом материнских пород, климатом и ландшафтом местности. Среди них известны почти все минеральные типы глин.

Минеральные типы глинистых пород. Среди глин выделяются каолинитовые, гидрослюдистые, монтмориллонитовые и некоторые другие типы.

Каолинитовые глины. К группе: каолинитовых глин относятся первичные (хемогенные) и вторичные (обломочного генезиса) каолины. Первичные каолины развиты в коре выветривания кристаллических пород. По составу это главным образом каолинитовые породы. Второстепенными минералами являются гидрослюды, галлуазит, кварц и ряд устойчивых акцессорных ми­нералов. В первичных каолинах часто наблюдаются крупные «вермикулитоподобные», или «воротничковые», агрегаты и отдельные кристаллы каолинита. По гранулометрическому составу и пластичности они обычно представляют собой песчаные глины или породы, переходные между глиной и песком с большим количеством песчано-алевритовых примесей.

По внешнему виду первичные каолины жирные на ощупь, пористые породы белого и серовато-буровато-белого цвета. При растирании пальцами обнаруживаются песчинки кварца.

Вторичные каолины образуются в результате перемывания первичных каолинов. В процессе размыва, переноса и отложения происходит их обогащение в природных условиях — удаление песчано-алевритовой примеси и тяжелых минералов. По гранулометрии и пластичности вторичные каолины почти всегда являются настоящими глинами. В их составе содержится больше 30% (иногда до 95%) глинистых частиц (с <0,005 мм), пластичность более высокая, чем у первичных каолинов.

В минералогическом составе вторичных каолинов преобладает каолинит, имеются небольшие примеси гидрослюды, иногда галлуазита и пылеватого кварца, очень часта примесь органического углистого вещества и сульфидов железа. В ряде вторичных каоли­нов имеется значительная примесь гидраргиллита. Гидраргиллит может быть обломочного происхождения (попал в глину в результате перемыва латеритной коры выветривания) и может образоваться на месте. Глины с гидраргиллитом встречаются в соседстве с угольными пластами, содержащими сульфиды железа. При окислении пирита образуется серная кислота, которая, взаимодействуя с каолинитом, дает начало гидраргиллиту.

При несовершенной сортировке в процессе переноса и отложения, а также при смешении материала, поступившего из различных источников, образуются каолинитовые глины, содержащие много примесей, и глины переходного состава, например каолинит-гидрослюдистые.

Каолинитовые глины — ценное полезное ископаемое. Они применяются для изготовления огнеупорного кирпича — шамота, фарфора, фаянса, используются в бумажной промышленности в качестве наполнителя бумажной массы (20—40% от ее состава), в резиновой промышленности как наполнитель в составе резины, а также при производстве мыла, карандашей.

Гидрослюдистые глины. По генезису многие гидрослюдистые глины близки к каолинитовым и связаны с ними постепенными переходами. Выделяется ряд переходных типов глин: гидрослюдисто-каолинитовые, каолинито-гидрослюдистые.

Гидрослюдистые глины образуются в результате выветривания силикатных пород в условиях влажного климата и представляют собой продукты первой стадии химического выветривания. При перемыве коры выветривания, богатой гидрослюдами (глубоких го­ризонтов), образуются вторичные гидрослюдистые глины.

К гидрослюдистым глинам относятся и глауконитовые глины, так как глауконит в кристаллохимическом отношении представля­ет собой типичную гидрослюду. Однако генезис их иной. Глауконит— типичный диагенетический минерал, возникающий при диагенезе морских осадков.

Главные породообразующие минералы в гидрослюдистых глинах— гидрослюды. Второстепенные минералы представлены каолинитом, реже монтмориллонитом, смешанно-слойными образованиями и некоторыми другими. Гидрослюдистые глины часто содержат значительное количество обломочных примесей: кварца, полевых шпатов, слюд и др., а также различные аутигенные новообразования (например, карбонаты, сульфиды). Многие вторичные гидрослюдистые глины содержат примесь или обогащены органическим веществом.

В химическом отношении они отличаются от каолинов повышенным содержанием щелочей. Макроскопически гидрослюдистые глины представляют собой пористые, более или менее плотные породы серого, темно-серого, белого, буровато-серого, зеленого и пестрых тонов, имеют землистое сложение, однородные или слоистые. Адсорбционная способность (емкость поглощения) выше, чем у коалинитов, и ниже, чем у монтмориллонитов.

Первичные гидрослюдистые глины встречаются в коре выветривания кристаллических пород. Месторождения их известны на Урале, Украине и в ряде других районов. Вторичные гидрослю­дистые глины представляют собой различные континентальные осадки — озерные, речные, ледниковые, морские (шельфовые) и лагунные отложения. Месторождения их известны в Сибири, Средней Азии, на Урале, Украине, в Подмосковном бассейне и других районах.

Гидрослюдистый состав имеют синяя кембрийская глина окрестностей Ленинграда, многие ледниковые глины, большинство четвертичных глин европейской части СССР, глауконитовые глины, обнаруженные в юрских отложениях Подмосковной котловины.

Гидрослюдистые глины монотермитового типа (гидрослюдисто-каолинитовые) обладают высокой огнеупорностью (до 1710° С) и применяются для изготовления огнеупорного кирпича и тонкой керамики. Рядовые гидрослюдистые глины используют для изготовления грубой керамики — метлахских плиток, канализационных труб, кислотоупорных изделий (тугоплавкие глины), строительного кирпича и черепицы (легкоплавкие глины). Гидрослюдистые глины с примесью карбонатного материала находят применение в цементной промышленности, глауконитовые — для изготовления,зеленой краски.

Монтмориллонитовые глины. Ранее их называли сукновальными, так как они применялись для обезжиривания шерсти, а также отбеливающими глинами или фулеровыми землями. В настоящее время их называют бентонитами и флоридинами. Ряд глин получил названия по наиболее известным месторожде­ниям, например гумбрин — по месторождению Гумбри в Грузии.

Бентониты обладают способностью быстро и сильно разбухать в воде. Капля воды, упавшая на поверхность глины, вызывает ее вспучивание. Флоридины слабее разбухают в воде, но быстро распадаются на угловатые обломки при погружении в воду.

Монтмориллонитовые глины образуются в коре выветривания эффузивных пород, богатых вулканическим стеклом, средних и ультраосновных пород (железистые монтмориллониты и нонтрониты). Возникают они также в обломочных и эффузивно-обломоч-ных породах, содержащих пирокластический материал, в лагунных и морских водоемах путем преобразования вулканического стекла и глинистых минералов в стадию диагенеза и при перемыве монтмориллонитсодержащих кор выветривания и осадочных пород, богатых монтмориллонитом.

Главным породообразующим минералом является монтморил­лонит, второстепенными — гидрослюды, различные смешанно-слойные минералы, аллофан, опал и др.

Макроскопически монтмориллонитовые глины напоминают воск, жирны на ощупь, светлого, серовато-белого, зеленоватого и желтоватого тона, отличаются от других глин высокой пластич­ностью, способностью разбухать в воде и высокой адсорбционной способностью. Эти свойства глин обусловлены строением их кристаллической решетки: слои решетки могут раздвигаться, а про­межутки между ними заполняться водой и катионами.

Месторождения монтмориллонитовых глин известны у с. Гумбри и Аскани в Грузии, вблизи г. Нальчик на Северном Кавказе. Флоридины, в меловых породах Крыма (кил), в палеогеновых и неогеновых отложениях Средней Азии, Азербайджана, Прикарпатья и Закарпатья (бентониты).

Монтмориллонитовые глины (главным образом флоридины) применяются в пищевой промышленности для очистки масел, жи­ров, соков. Особенно много глин потребляет нефтяная промышлен­ность. Обработанные кислотами бентониты становятся хорошими адсорбентами и используются для очистки нефтепродуктов. Бентониты применяются в качестве формовочных глин, для приготовле­ния буровых промывочных растворов, в мыловаренной промыш­ленности и в парфюмерии.

Полиминеральные глины. Образуются в том случае, когда осадочная дифференциация вещества проходит недостаточно совершенно и при смешении материала, поступающего из разных источников. Большинство полиминеральных глин имеет обло­мочное происхождение. Они широко развиты в делювиальных склоновых осадках, в отложениях предгорий, в речных долинах и озерах, реже в морских осадках, иногда присутствуют и в коре выветривания.

Главные породообразующие минералы полиминеральных глин — каолинит, монтмориллонит, гидрослюда, кварц, слюды. Обычно в них одновременно присутствует два-три глинистых минерала и довольно часто встречаются смешанно-слойные образования. Второстепенные минералы — глауконит, хлориты и ряд акцессориев. Полиминеральные глины содержат также ряд аутигенных новообразований — карбонатов, сульфатов, сульфидов, окислов и гидроокислов железа и марганца. Некоторые из них со­держат примесь или обогащены органическим веществом.

Макроскопически эти глины весьма разообразны. Обычно это связные, пористые породы, окрашенные в светло-бурые, бурые, ко­ричневые, серые, темно-серые и зеленоватые тона. От наличия пес­чаной и алевритовой примеси и минерального состава зависит степень пластичности глин: мало примесей — высокая пластич­ность, много примесей — низкая.

Полиминеральные глины широко распространены в четвертич­ных континентальных осадках, покрывают огромные пространства равнин европейской части СССР, Западной Сибири, Средней Ев­ропы. Месторождения полиминеральных глин весьма многочислен­ны и встречаются повсеместно. Они применяются для изготовления строительного кирпича и грубой керамики. Некоторые разновид­ности этих глин пригодны для получения керамзита.

Аргиллиты и глинистые сланцы. Аргиллиты — сцементированные и уплотненные глинистые породы слоистой или не­слоистой текстуры. Окрашены в серые, темно-серые, зеленовато-серые, бурые, коричневые, реже красные и пестрые цвета. Как правило, они не размокают в воде и лишены пластичности. Раз­мокают некоторые типы аргиллитов: последнее связано с их минералогическим составом (наличие разбухающих минералов). Пористость аргиллитов невысокая: от 10—12 до 1—2%. По минеральному составу они весьма разнообразны. Наиболее распространены гидрослюдистые и полиминеральные аргиллиты. Глинистые минералы в аргиллитах имеют обломочное и аутигенное происхождение. Обломочные минералы в процессе катагенеза подвергаются существенным изменениям. Особенно широко развит процесс гидрослюдизации каолинита. В аргиллитах наблюдаются ориентированные структуры — параллельное расположение удлиненных чешуек глинистых минералов и слюд, обусловливающее одновременное угасание их в шлифе при скрещенных николях микроскопа. Помимо глинистых минералов, в аргиллитах всегда присутствуют кварц, слюды, полевые шпаты, иногда хлорит, глауконит, карбонаты, опал, халцедон, окислы железа и целый ряд акцессорных мине­ралов. Многие аргиллиты обогащены органическим веществом.

Сланцеватые аргиллиты представляют собой еще более измененные глинистые породы, характеризующиеся наличием сланцеватости, которая обычно совпадает с напластованием и обязана своим происхождением давлению нагрузки вышележащих толщ.

Глинистые сланцы — плотные сланцеватые глинистые породы, не размокающие в воде и имеющие ничтожную пористость (обыч­но менее 1—2%). Окрашены они в различные тона серого, темно-серого цвета, редко светлые и пестрые. Благодаря хорошо выраженной сланцеватости легко раскалываются на тонкие плитки толщиной в несколько миллиметров. Сланцеватость может совпа­дать и не совпадать с напластованием. Излом сланцев ровный, гладкий по сланцеватости и неровный, занозистый поперек слан­цеватости. Поверхность излома имеет шелковистый отлив.

Темный цвет сланцев обусловлен наличием органического углистого и высокометаморфизованного битуминозного вещества. В минералогическом отношении глинистые сланцы представляют собой гидрослюдистые и полиминеральные породы с новообразо­ваниями серицита, хлорита, вторичного кварца и карбонатов (чаще всего кальцита, реже доломита, анкерита). Структуры сланцев ориентированные — сланцеватые; глинистые минералы и новообразования располагаются параллельно своими длинными размерами и перпендикулярно давлению стресса (кливаж те­чения).

К этому же типу пород относятся аспидные, кровельные и филлитоподобные сланцы, представляющие переходные типы пород между осадочными и метаморфическими.

Аспидные сланцы — плотные сланцеватые породы от темно-се­рого до черного цвета, состоящие из гидрослюды, серицита, хлорита, кварца, карбонатов и обогащенные углистым веществом.

Кровельные сланцы — плотные сланцеватые породы серого, зеленовато-серого, буровато-серого цвета, близкие по минерально­му составу к аспидным и глинистым. Обладают способностью раскалываться на плитки толщиной 3—5 мм и не ломаются при пробое.

Филлитоподобные сланцы — плотные сланцеватые породы с хорошо выраженным шелковистым отливом на изломе, имеют часто сегрегационно-линзовидные структуры и содержат секущие жилки кварца и других минералов. Главные породообразующие минералы — серицит, мусковит, хлорит, кварц и карбонаты.

Характерная особенность этих сланцев — наличие кливажа течения (параллельной ориентировки чешуйчатых минералов, пер­пендикулярной направлению стресса) и кливажа разрыва. Аспидные и филлитоподобные сланцы встречаются в нижнем и среднем структурных ярусах геосинклиналей.