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.

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 сжимаемости составляет 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

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.

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

3.Основы геологии (часть 1) В.А.Ермолов Л.Н. Ларичев В.В. Мосейкин 2004год издательство МГГУ

Страницы: 1, 2, 3