Глинистые горные породы

 

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.

Глинистые породы обладают различной деформируемостью и прочностью. Коэффициент их сжимаемости изменяется от единиц (у слаболитифицированных  глин) до тысячных долей МПа"1 (у  сильнолитифицированных глин). Модуль общей деформации варьирует от нескольких до 50—60 МПа. Угол внутреннего трения и сцепления изменяется соответственно от 5—10° и 0,01 — 0,05 МПа до 20-36° и 0,12-0,6 МПа. Столь широкий диапазон изменения механических свойств глинистых пород объясняется их различным составом, уплотненностью, влажностью и др. Среди многочисленных факторов, влияющих на прочностное и деформационное поведение глин, важнейшим является характер структурных связей. Глинистые породы с коагуляционным типом структурных связей характеризуются наибольшей сжимаемостью. График сжимаемости таких глин имеет вид экспоненциальной кривой, наклон которой к оси абсцисс постепенно уменьшается, вследствие чего коэффициент их сжимаемости постепенно снижается по мере уплотнения от 1 до 0,1 МПа^-1, а модуль общей деформации соответственно возрастает от 1 до 10 МПа. В условиях быстрого неконсолидированного сдвига такие глины дают криволинейную зависимость т = / (а) . Значения (р и С при этом являются небольшими и, как правило, не превышают 5—15° и 0,05 МПа. При проведении опытов в условиях медленного консолидированного сдвига зависимость т =/(ст) приближается к прямолинейной, а значение С возрастает. Характер деформирования при сдвиге — вязкопластичный, остаточная прочность несущественно отличается от пиковой. Подобными прочностными и деформационными свойствами обладают современные и четвертичные глины и суглинки континентального, лагунного и морского происхождения со слабой и средней степенью уплотнения, высоким водонасыщением, мягкопластичной и пластичной консистенцией.

Глинистые породы с переходным типом структуры характеризуются  значительно меньшей сжимаемостью: значение коэффициента сжимаемостисоставляет сотые доли МПа, а модуль деформации — 15—50 МПа. Зависимость сдвигающего усилия от нормальной нагрузки имеет прямолинейный характер как для консолидированного, так и неконсолидированного сдвига. Разрушение при сдвиге хрупкое, остаточная прочность намного ниже пиковой. Угол внутреннего трения изменяется в пределах 18—32°, сцепление — 0,1—0,4 МПа.

Наиболее часто глинистые  породы с переходным типом контактов  встречаются среди пород морского, лагунного и ледникового происхождения  с высокой степенью уплотнения и  водонасыщения, а также пород  различного генезиса и степени уплотнения, находящихся в аридной зоне и  имеющих невысокую степень водонасыщения.

Указанными выше прочностными и деформационными свойствами могут обладать породы различного возраста и генезиса, испытавшие значительное уплотнение или частичную цементацию в ходе литогенеза. Часто среди них встречаются недоуплотненные и переуплотненные глины. Первые образуются за счет ранней цементации, а вторые — при разгрузке литифицированных пород с сохранением у них части фазовых цементационных контактов.

 
Таблица. Содержание тонкодисперсных  фракций в глинах

Группы глин	Содержание частиц, %, размером менее
	10 мкм	1 мкм
Высокодисперсные	Свыше 85	Свыше 60
Среднедисперсные	60...85	40...60
Низкодисперсные	30...60	15...40
Грубодисперсные	Менее 30	Менее 15

 

 

 

8. Минеральный состав

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.

Минералы, содержащиеся в  глинах	Минералы, загрязняющие глины
Каолинит (Al2O3·2SiO2·2H2O)  Андалузит, дистен и силлиманит (Al2O3·SiO2)  Галлуазит (Al2O3·SiO2·H2O)  Гидраргиллит(Al2O3·3H2O)  Диаспор (Al2O3·H2O)  Корунд (Al2O3)  Монотермит (0,2[K2MgCa]0·Al2O3·2SiO2·1,5H2O)  Монтмориллонит (MgO·Al2O3·3SiO2·1,5H2O)  Мусковит (K2O·Al2O3·6SiO2·2H2O)  Наркит (Al2O3·SiO2·2H2O)  Пирофиллит (Al2O3·4SiO2·H2O)	Кварц(SiO2)  Гипс (CaSO4·2H2O)  Доломит (MgO·CaO·CO2)  Кальцит (CaO·CO2)  Глауконит (K2O·Fe2O3·4SiO2·10H2O)  Лимонит (Fe2O3·3H2O)  Магнетит (FeO·Fe2O3)  Марказит (FeS2)  Пирит (FeS2)  Рутил (TiO2)  Серпентин (3MgO·2SiO2·2H2O)  Сидерит (FeO·CO2)

 

 

9. Основные представители  горной породы

Глина — тонкодисперсная  порода, состоящая из частиц размером менее 0,01 мм и содержащая около 30 % частиц размером меньше 0,002 мм. Вещественный состав: глинистые минералы (каолинит, монтмориллонит, гидрослюда), кварц, слюды, оксиды и гидроксиды железа, алюминия, карбонаты, сульфаты, фосфаты, органическое вещество. Большинство глин имеет полиминеральный состав, встречаются также мономинеральные (каолиновые, монтмориллонитовые, бентонитовые) глины. Окраска зависит от примесей: белая, желтая, красная, бурая, серая, черная. В сухом состоянии имеет пелитовую структуру, землистую (порошковатую) текстуру. Во влажном состоянии обладает свойствами липкости, пластичности, набухания, размокания.

Практическое значение —  керамическое сырье, основа для производства огнеупорных изделий. Применяется также в целлюлозной, парфюмерно-косметической и других видах промышленности.

Аргиллит — плотная, твердая, камнеподобная порода, образующаяся в результате диагенеза глин. Состоит  из частиц размером менее 0,01 мм, Вещественный состав смешанный и ли гидрослюдистый. Окраска разнообразная - темных тонов черная. Структура пелитовая. Текстура слоистая. Для аргиллитов характерна остроугольная, тонкоплитчатая отдельность, часто с раковистым изломом. В отличие от алевролитов — мылкие на ощупь при смачивании водой, не имеют шероховатой поверхности.

Практическое значение — сырье для изготовления огнеупорных изделий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10. Список используемой  литературы

1.Общий курс петрографии  О.Н.Белоусова В.В. Михина 1972 «НЕДРА»

2. Глинистые породы и  их свойства (Соколов В.Н. , 2000), «НАУКИ О ЗЕМЛЕ