Осадочные горные породы

Осадочные породы слагают самые верхние слои земной кроры, покры­вая своеобразным чехлом магматические и метаморфические горные по­роды. Несмотря на то, что осадочные породы составляют всего 5 % земной коры, земная поверхность на 75 % своей площади покрыта именно ими. Строительство производится в основном на осадочных поро­дах. Поэтому осадочным породам инженерная геология уделяет особое внимание.

Образование осадочных горных пород связано с экзогенными процессами, протекающими на поверхности земли и в гидросфере.

Инженерно-геологические свойства осадочных горных пород нахо­дятся в непосредственной зависимости от особенностей их состава, строения и состояния. Эти свойства складываются в результате литогенеза – совокупности геологических процессов, определяющих современный состав, строение, состояние и свойства осадочных горных пород.

Процессы литогенеза условно подразделяют на ряд стадий:

– гипергенез (выветривание) – разрушение пород, образование новых минералов, обломков минералов и пород, коллоидных и истинных растворов;

– седиментогенез (стадия образования осадка) – перенос ветром, водами, льдами, организмами и отложение материала;

– диагенез – превращение осадка в осадочную породу в процессе уплотнения и физико-химического уравновешивания среды;

– катагенез – начальные изменения осадочной породы под влиянием возрастающих температур и давления, иногда под воздействием водных растворов и газов;

– метагенез – глубокие изменения осадочной породы (образование метаморфизированных осадочных пород) – начальная стадия метаморфизма;

– и снова гипергенез – дезинтеграция образовавшихся пород при изменении условий (поднятия осадочной толщи), т.е. переход к литогенезу новой осадочной породы.

Осадочные породы приобретают ряд особенностей, которые проявляются в составе, структурах, слоистости, пористости, в содержании органических остатков и в зависимости от климата.

Минеральный и химический состав осадочных горных пород представляет алюмосиликаты, карбонаты, оксиды, сульфаты и др.

Структуры разнообразны: обломочные, брекчиевидные и др. Большей частью осадочные горные породы имеют высокую пористость.

Многие из них имеют высокую слоистость и залегают пластами , которые обычно ограничены с двух сторон четко выраженными поверхностями (плоскостями ) напластования. 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 небольшую мощность – 10…50 м.

Комплекс слоев, объединенных сходством состава или возраста, или один слой, но значительной мощности нередко называют толщей. Слои образуются в процессе накопления осадков в морях, озерах, долинах рек. Это обусловливает образование слоев различной формы как по размеру в плане, так и по очертаниям по вертикали. Наиболее обычным является нормальный слой, для которого характерна сравнительно большая мощность и протяженность, параллельность кровли подошве. Для континентальных отложений характерны также линзы – слои, занимающие малые площади с вклиниванием мощности к краям слоя, и выклинивающиеся слои, мощности которых уменьшаются в одну сторону.

Важное практическое значение для инженерной геологии представляет сочетание слоев (рис.. При согласном залегании слои лежат параллельно друг другу, чаще всего они характерны равнинам. В других случаях за счет тектонических движений земной коры возникает несогласное залегание слов. Одна группа слоев при этом залегает не параллельно другой группе.

Формы залегания слоев в осадочных горных породах: 1 – нормальные слои. 2 – линза глины в песке. 3 – выклинивван6ие галечника в песке. 4 – несогласное залегание слоев. 5 – кровля слоев. 6 – ложе. h – мощность слоя

Климатические условия значительно влияют на состав и свойства осадочных горных пород. В пустынях образуются породы обломочного характера, в замкнутых бассейнах накапливаются отложения солей. Породы тропиков обладают красноватой окраской, холодному климату свойственны серые тона.

Осадочные породы принято подразделять на три основные группы: обломочные, хемогенные и органогенные. Деление это условное, так как многие породы имеют смешанное происхождение.

Обломочные породы . Обломочные горные породы являются наиболее распространенными в осадочных породах. Они представляют собой рыхлые или сцементированные механические осадки. Классификация обломочных пород основана на величине обломков (табл.). Примерный разрез обнажения горных пород приведен на рис. 9.

Обнажение горных пород: Слой 1 – суглинки светло-коричневого цвета, плотные, с призматической отдельностью. Слой 2 – Суглинки красно-бурого цвета с включением валунов и галек кристаллических и метаморфических пород, беспорядочно разбросанных в толще суглинков. Слоистости не наблюдается. Слой 3 – Пески кварцевые светло-коричневого цвета, мелко- и среднезернистые, местам ожелезненные с четко выраженной косой и диагональной слоистостью. Слой 4 – Галечник с грубой зернистостью. В состав входят кристаллические породы (гранит, сиенит, гнейс, кварцит) и кварц. Слой 5 – Пески кварцевые, грубозернистые, желто-бурого цвета, влажные, с горизонтальной слоистостью. Слой 6 – Глины черные, сильнослюдистые, влажные, пластичные, с редкими включениями фосфоритов

Классификация обломочных пород

К глинистым грунтам относятся породы, у которых содержание глинистых частиц превышает 3 %. Эти грунты имеют пластинчатую форму, обладают хорошо выраженными пластическими свойствами и способностью к набуханию в воде. По петрографии глинистые грунты можно разделить на глины, суглинки и супеси. Глины содержат глинистых частиц более 30 % и могут достигать 60 %. Суглинки содержат глинистых частиц 10…30 %. В супесях глинистых частиц содержится 3…10 %. В песках содержание глины не превышает 3 %. Породы, состоящие из гальки и гравия, отличаются значительной водопроницаемостью и практически несжимаемы.

Хемогенные породы . Подавляющее количество хемогенных пород образуются на дне водных бассейнов, обладающих в условиях сухого климата повышенной концентрацией солей. К ним относятся известняки, известковый туф, доломит, ангидрит, гипс, каменная соль и др. Каменная соль является наибольшей растворимостью в воде. Гипс и ангидрит относятся с среднерастворимым породам. Менее всего растворимостью обладают доломит и известняк. Несмотря на малую растворимость хемогенных пород вода способна образовывать в их толщах большие каверны и пещеры. Эти образования называются карстовыми и могут достигать больших размеров (длиной на многие километры). Наиболее распространенными хемогенными породами являются известняки, главной составляющей которых является кальцит. Известковые туфы образуются в местах выхода родников. Вода, выходя на поверхность, теряет часть СО 2 , что сопровождается уменьшением растворимости СаСО 3 и его выпадением в виде пористой ноздреватой породы, не обладающей слоистостью. Доломиты являются мономинеральной горной породой. Сульфаты (гипс и ангидрит) также являются мономинеральными горными породами и обладают свойствами соответствующих минералов.

Органогенные породы образовались в результате накопления остатков живых организмов и растений. Они делятся на две группы: зоогенные (известняк-ракушечник, мел и др.) и фитогенные (диатомит, трепел, опока, торф, асфальты). Известняк-ракушечник наиболее распространен в Европейской части России. В его составе преобладает СаСО 3 . Мел также состоит в основном из СаСО 3 . Он образовался из панцирей корненожек. Под действием воды мел способен растворяться. В сухом состоянии может быть неплохим основанием сооружений. Диатомит является фитогенной породой, содержащей до 95 % кремнезема. Трепел отличается от диатомита малым содержанием неизмененных органических остатков. Опока является кремнистой породой, содержащей до 10 % панцирей водорослей и остатков организмов с примесью глины. Также может служить основанием для сооружений.

Осадочные породы классифицируются по происхождению и условиям образования.

По происхождению выделяют следующие генетические типы осадочных пород: механические осадки (обломочные горные породы), химические осадки, органогенные осадки, пирокластические осадки.

Осадочные породы обломочного происхождения представляют собой продукты механического разрушения горных пород, накапливающиеся и сохраняющиеся в рыхлом или сцементированном состоянии.

По величине обломков различают такие фракции зернового (гранулометрического) состава обломочных пород: грубообломочная - величина обломка и зёрен от 2 и более мм; среднеобломочная (песчаная) – от 0,05 до 2мм; мелкообломочная (пылеватая) – от 0,001до 0,05мм; тонкообломочная (физическая глина) – менее 0,001мм.

В зависимости от гранулометрического состава обломочные породы подразделяются (таблица 2):

Грубообломочные породы – обломки более 2мм в диаметре (гравий, щебень, галечник или сцементированные разности (брекчии, гравелиты, конгломераты);

Песчаные породы – зёрна диаметром 0,05…0,2мм (пески, песчаники – рисунок 53, 54, 55, 56);

Рисунок 53 – Песчаник Рисунок 54 – Песчаник медистый

Рисунок 55 – Песчаники Рисунок 56 – Песчаник ожелезнённый

Глинистые породы – частицы менее 0,05мм в диаметре, т. е. пылеватые и глинистые частицы (супеси, суглинки, глины);

Обломочные породы смешанного состава (гравелистые пески, валунники, супеси, суглинки, глины).

Таблица 2 – Классификация обломочных осадочных пород

Размер обломков, мм			Обломочные породы			Фракции по ГОСТ
	углова-тые	окатан-ные		сцементированные из частиц
				углова-тых	окатан-ных
			Грубообло-мочные		Конгло-мераты	Валунная (каменистая)
		Галечник				Галечнико-вая (щебенис-тая)
						Гравийная (дресвяная)
	Песчаные		Песчаные		Песча-ники	Песчаная
	Пылеватые		Пылеватые		Алевро-литы	Пылеватая
Менее 0,005	Глинистые		Глинистые		Аргил-литы	Глинистая

Осадочные породы химического происхождения образуются при осаждении минерального вещества из истинных и коллоидных растворов. Осаждение происходит в лагунах, реже пресноводных озёрах или у мест выхода подземных вод на поверхность.

Органогенные осадочные породы слагаются из скелетных остатков организмов. Различают: зоогенные осадочные породы, слагающиеся из скелетных частей животных организмов (известняки, кремнистые породы), фитогенные, состоящие из остатков растительного происхождения (уголь, некоторые известняки и другие) и смешанные (зоофитогенные) из остатков животного и растительного происхождения. Поскольку процессы химического и органогенного осаждения минеральных веществ протекают одновременно, то образующиеся породы объединяют в одну группу.

Пирокластические породы образуются путём осаждения твёрдых продуктов вулканических извержений – вулканического пепла, лапиллей, бомб. Минеральное вещество пирокластических пород магматического происхождения, а способ образования осадочный (вулканические туфы – рисунок 57, туфобрекчии и другие).

Рисунок 57 – Вулканический туф

В зависимости от условий образования осадочные породы объединяются в фациальные группы:

Континентальные фации – отложения болот, рек, озёр, ледниковые, пустынь, горных склонов;

Морские фации – формируются в зоне прибоя, в шельфовой полосе на материковом склоне и в глубоководных частях океана;

Лагунные фации, включающие соленосные, угленосные и другие отложения лагун.

Фациальные условия оказывают значительное влияние на состав, строение, сложение и условия формы залегания осадочной породы.

Структура (строение) осадочных горных пород определяется их гранулометрическим составом, взаимным расположением и способом скрепления частиц.

Различают типы структур:

Обломочные (сцементированные или несцементированные) свойственные грубо-, средне- и мелкообломочным горным породам;

Алевритовые и пелитовые, характерные для тонкообломочных пород пылевато-глинистых);

Кристаллически-зернистые присущи многим химическим осадочным породам и подразделяются на – яснозернистые (диаметр зёрен более 0,1 м), тонкозернистые (диаметр 0,1 - 0,01 мм), микрозернистые и скрытозернистые (диаметр ≤0,01 мм - оолитовая, органогенная, органогенно-детритусовая).

В осадочных породах различают типы цемента:

Базальтовый, когда обломочный материал заключён в массу цементирующего вещества, а зёрна не соприкасаются друг с другом;

Контактный – цементация наблюдается в местах соприкосновения зёрен;

Цемент выполнения – когда цемент выполняет промежутки между соприкасающимися минеральными зёрнами;

Смешанный – сочетающий два или несколько типов цемента.

В зависимости от состава цементирующего вещества выделяют известковые, гипсовые, кремнистые, железистые, глинисто-известняковые песчаники, конгломераты, брекчии.

Структура осадочных горных пород характеризуется величиной обломков, слагающих породу, а у химических осадков - величиной кристаллов. Породы крупнокристаллические состоят из кристаллов размером более 1мм, среднекристаллические - 1,0…0,1мм, скрытокристаллические - 0,1…0,01мм, пелитоморфные - меньше 0,01мм. Осадочные горные породы, состоящие из хорошо сохранившихся скелетов организмов, имеют биоморфную структуру; из обломков скелетов - детритусовую

К структурным характеристикам относятся скважность (пористость) осадочных пород. Различают пористость грубую, крупную, мелкую, тонкую (глины).

Пористость может быть первичной (возникает при формировании самой породы – межзерновая пористость), вторичная – появляется в сформировавшейся породе (при выщелачивании легкорастворимых минералов). Поры бывают мелкие, крупные и в виде каверн. Общая пористость суглинков может составлять 40…50%, песков – 35…40%. Поры могут быть заполнены водой, газом, органическим материалом.

Текстура (сложение) осадочной породы обычно слоистая; реже наблюдается беспорядочное сложение (когда зёрна минералов располагаются хаотично). Под слоистостью понимают сложение осадочных пород, выраженное в многократной смене прослойков, отличающихся друг от друга по зерновому и минеральному составу, распределению минеральных составляющих, по окраске и другим признакам.

Слоистость (рисунок 58, 59, 60) бывает параллельной, косой и диагональной. Иногда она бывает ритмичной, когда отдельные прослои ритмично повторяются в определённой последовательности.

Формы залегания осадочных пород (рисунок 61). Осадочные породы чаще всего залегают в виде пластов (слоёв) – плитообразных минеральных тел, ограниченных параллельными поверхностями – плоскостями напластований, которые образуются в процессе периодического накопления осадков в водной среде и на поверхности материнских пород.

Рисунок 58 - Основные типы слоистости осадочных пород:

а - горизонтальная; б, д - косые; в - параллельная; г - линзовая;

е - диагональная; ж - волнистая

Рисунок 59 – Разновидности косой слоистости

1 - диагональная (косвенная); 2 - перекрестная; 3 - речной тип косой слоистости (сечение по течению реки); 4 - косая слоистость потоков с непостоянным положением русла (сечение перпендикулярно направлению течения)

Напластования отделяют пласт от подстилающего и покрывающего слоёв. Нижняя граничащая поверхность пласта называется ложе, верхняя – кровлей пласта, а расстояние между ними – мощностью пласта (слоя). В составе слоя может наблюдаться микрослоистость, отражающая осадконакопление в различные времена года. Она характерна для озёрных и речных отложений. В слое горной породы могут быть тонкие слои других пород, называемые прослоями (в слое песка тонкий прослой глины).

Рисунок 60 - Разновидности слоистых толщ осадочных пород:

а - нормальная; б - косая; в - перекрестная; 1 - песок; 2 - глина; 3 - глина опесчаненная; 4 -границы трансгрессии; 5 - известняк; 6 - аргиллит;

7 - доломит; 8 - иловатая глина

Рисунок 61 – Формы залегания осадочных пород: а, б - горизонтальное; в - выклинивание пластов; г, д - линзовидное; е - моноклинальное;

ж - складчатое, волнистое; 1, 2, 3 - пласты; 4 - прослойки в пласте;

5, 6 - выклинивающие пласты; 7 - линзы

Мощность пластов относительно постоянна, но может быть изменчивой, непостоянной. В этом случае наблюдается явления раздува – резкого увеличение пласта и пережима – резкого местного уменьшения мощности пласта.

Постоянное уменьшение пласта вплоть до его исчезновения называется выклиниванием пласта. Постоянная мощность пласта характерна для толщ морских осадочных пород (до сотен и тысяч метров). Континентальные отложения четвертичной системы залегают непосредственно под слоем почвы, имеют относительно небольшую мощность (10…50м), и отличаются частыми раздувами и пережимами, и для них характерны линзовидные и гнёздообразные формы залегания. Комплекс слоёв, объединённых сходством состава или возраста, или один слой значительной мощности, называют толщей.

Линзы и линзовидные залежи - пласты, которые выклиниваются во всех направлениях, образуя тела ограниченного по площади распространения. Характерны для озёрных, речных и лагунных фаций.

Гнездом или карманом называют такие неправильные формы залегания осадочных пород, которые отличаются быстрым выклиниванием на коротких расстояниях. Характерны для ледниковых отложений и для образований коры выветривания.

Осадочные породы могут залегать куполообразными (известняки коралловых рифов) или штокообразными формами (соли, гипс). При последовательном наслоении минеральных масс слои сменяют друг друга в соответствии с эволюцией органического мира. Такое залегание толщ называется согласным.

Рисунок 62 - Типы несогласий в залегании горных пород

1 - стратиграфическое несогласие (перерыв в осадконакоплении с размывом поверхности горных пород, отложенных до перерыва); 2 и 3 - угловое несогласие (сочетание дислоцированных пород с более молодыми недислоцированными); 4 и 5 - угловое несогласие (сочетание двух толщ, дислоцированных с различной степенью интенсивности); 6 и 7 - угловое несо-гласие (сочетание двух различно дислоцированных толщ с третьей, залегающей горизонтально); 8 - тектоническое несогласие (сочетание различно дислоцированных толщ по разлому); АБ - линия разлома

Когда образование слоёв имеет перерыв и древняя толща размывается, прежде чем отложилась молодая и нарушается соответствие непрерывности смены органических остатков, такое отложение называется несогласием (рисунок 62). Несогласия, обусловленные тектоническими движениями земной коры, представляют собой молодые напластования, залегающие с угловым несогласием относительно подстилающей древней толщи.

Происхождение осадочных пород. Любая находящаяся на зем­ной поверхности порода подвергается выветриванию, т. е. разру­шительному воздействию воды, колебаний температур и т. д. В результате даже самые массивные, прочные магматические поро­ды постепенно разрушаются, образуя обломки разных размеров и 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 именно этими породами, в свя­зи с чем строительство и 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.

Инженерно-геологические свойства осадочных горных пород находятся в непосредственной зависимости от особенностей их состава, строения и состояния, равно как и другие горные поро­ды, что нами неоднократно подчеркивалось выше. Наряду с этим надо отметить, что строение, состав и состояние породы форми­руются в зависимости от ее генезиса. Таким образом, инженер­но-геологические свойства осадочных горных пород складывают­ся в процессе литогенеза.

Под литогенезом принято понимать совокупность геологиче­ских процессов, определяющих современный состав, строение, состояние и свойства осадочных горных пород.

Процессы литогенеза достаточно условно подразделяют на ряд стадий:

гипергенез - выветривание - разрушение кристаллических и других пород, образование новых минералов, обломков пород, об­ломков минералов, коллоидных и истинных растворов;

седиментогенез - перенос и отложение материала - образо­вание осадка;

диагенез - превращение осадка в осадочную породу;

катагенез - начальные изменения осадочной породы;

метагенез - глубокие изменения осадочной породы - обра­зование метаморфизованных осадочных пород.

Последние две стадии иногда объединяются под одним поня­тием - эпигенез. Осаждение вещества, его диагенетические и постдиагенетические преобразования протекают по-разному, в за­висимости от физико-химических условий среды, температуры, давления, длительности и интенсивности процесса, например скоростей течения воды, движения воздуха, льда и т. п.

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 они играют суще­ственную роль. Осадочные породы разнообразны по химическому составу. Это могут быть алюмосиликаты, карбонаты, оксиды, су­льфаты и др.

Структура осадочных пород разнообразна. 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 могут располагаться вода, газ, органический материал.

Слоистость. Осадочные породы залегают в виде слоев (рис. 21), 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 называютпрослоями. Например, в слое песка может быть тонкий прослой глины.

При резком различии слоев по составу, например, слой песка лежит на слое известняка; 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 на­зываютплоскостями (поверхностями)напластования, причем вер­хнюю плоскость называют -кровлей , нижнюю -ложе , 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 слое», объединенных сходством состава или возрас­та, или один слой, но значительной мощности, нередко называ­ют толщей. Примером могут служить толщи лессовых 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. 22), для которого характерна сравнительно большая мощ­ность и протяженность, параллельность кровли подошве. Для континентальных отложений характерны такжелинзы - слои, за­нимающие малые площади с выклиниванием мощности к краям слоя, ивыклинивающиеся 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. 23, 24), чахце всего горизонта­льно. Такое залегание слоев характерно равнинам. В других слу­чаях за счет тектонических движений земной коры возникает несогласное залегание слоев (см. рис. 23, 24). 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, раковин ор­ганизмов в виде окаменелостей.

Классификация осадочных пород. Осадочные породы принято подразделять на три основные группы: 1) обломочные, 2) хими­ческого происхождения (хемогенные); 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.

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

В табл. 6 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 более 50%.

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.).

Грубообломочные породы. В их состав входят угловатые (глыбы, щебень, дресва) и окатанные (валуны, галька, гравий) обломки различных горных пород. Наибольшее 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 (0,25-1 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 оксиды железа, гипс, слюды, глинистые частицы. Проис­хождение песков - речное, ветровое, морское и т. д.

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

Глинистые породы составляют около 50 % общего объема оса­дочных пород и чаще всего являются основаниями различных зданий и сооружений.

Инженерно-геологическая характеристика осадочных горных пород без жестких связей . Обломочные, глинистые, некоторые представители хемогенных и органогенных пород достаточно условно можно объединить в группу пород без жестких связей* что полностью характеризует «взаимоотношения» слагающих их эле­ментов. Эта группа объединяет большой и разнообразный круг по­род - от высокодисперсных глин до грубообломочных пород. Группа описываемых пород подразделяется на три крупные под­группы: первая объединяет глинистые и пылеватые, или связные, вторая - обломочные несцементированные, или несвязные, тре­тья - биогенные. В подгруппу связных входят глинистые и лессо­вые породы, для которых характерно значительное содержание глинистых и пылеватых частиц. Отдельно рассматриваются поро­ды, имеющие жесткие связи, - это сцементированные породы ти­па песчаников или аргиллитов.

Глинистые частицы формируются, в основном, в процессе хи­мического выветривания. Наличие этих частиц в породах в зна­чительном количестве обусловливает проявление нового характе­ра связей между всеми элементами (частицами). В данном случае говорить только о минералах нельзя, так как частицы могут быть представлены как отдельными минералами, так и их агрегатами, обломками минералов, пород и т. д. Это коллоидные связи, кото­рые являются следствием действия сил молекулярного и электро­статического притяжения как непосредственно между самими ча­стицами, так и между частицами и молекулами воды, содержащейся в породе. При непосредственном взаимодействии между частицами устанавливаются достаточно прочные связи, обусловливающие вполне высокую прочность породы в целом. В том случае, когда минеральные частицы окружены оболочками воды, взаимодействие может осуществляться лишь через эти обо­лочки, и, естественно, что связи между частицами (они называ­ются водноколлоидными) оказываются менее прочными. При та­ких связях частицы под влиянием внешних усилий могут перемещаться без нарушения сплошности всей массы породы, а это означает, что порода обладает способностью к значительным пластическим деформациям. Такие породы, которые могут при определенной степени влажности (увлажнения) переходить в пла­стичное состояние, с инженерно-строительной точки зрения должны быть выделены в отдельную общность грунтов, которая именуется связными или пластичными.

К связным относят различные глины, суглинки, супеси, лессы и лессовидные породы. Все они формируются преимущественно под влиянием процессов выветривания и денудации (хотя име­ются и морские глины различных генетических типов), когда на­ряду с агентами физического выветривания активно действуют агенты химического выветривания.

Благодаря этому изменяется не только минеральный состав пород, но и степень йх дисперсности. Химические реакции, про­текающие в природе, приводят к возникновению и накоплению глинистых частиц (размером менее 0,001мм), коллоидных частиц (размером менее 0,025 мм). Агенты химического выветривания являются основным фактором, обусловливающим особенности состава пород, входящих в связные.

Связные породы обладают целым рядом свойств, значительно отличающих их от других грунтов. К числу наиболее характерных особенностей следовало бы отнести изменение их свойств в за­висимости от влажности. Так, с ростом влажности прочность резко снижается, в сухом же состоянии эти породы способны выдерживать без разрушения весьма значительные нагрузки.

При большом содержании воды порода вообще способна пе­рейти в текучее состояние. Связные грунты при определенной влажности проявляют пластичность и липкость, они набухают при увлажнении и дают усадку при высыхании. Пористость обычно высокая, однако, несмотря на это, водопроницаемость незначительна, так как пористость породы сформирована преи­мущественно замкнутыми микропорами.

Связные породы, в свою очередь, подразделяют на глини­стые, лессовые и алевритовые.

К глинистым относят породы, у которых содержание глини­стых частиц превышает 3 %. Эти грунты обладают хорошо выра­женными пластическими свойствами и способностью к набуханию в воде. Во влажном состоянии они практически водонепроницаемы.

По петрографическому составу глинистые грунты можно раз­делить на глины, суглинки и супеси.

К глинам обыкновенно относят породы, у которых содержа­ние глинистых частиц превышает 30 %. Встречаются глины, обладающие высокой дисперсностью, у них количество глинистых частиц может достигать 60 % и более. Как правило, в глинах со­держится много коллоидов. Среди глин преобладают полиминеральные. Описанные выше особенности связных или глинистых грунтов выражены у глин особенно ярко.

Супеси содержат от 3 до 10 % глинистых частиц, вследствие чего по своим инженерно-геологическим свойствам они занима­ют как бы промежуточное положение между глинистыми и пес­чаными грунтами.

Глинистые грунты могут формироваться под воздействием различных природных процессов. В соответствии с этим при их подразделении в инженерно-геологических целях выделяют не только петрографические, но и генетические типы.

Каждый тип характеризуется присущими ему особенностями состава, структуры и текстуры глинистых толщ. Выделяют элю­виальные, делювиальные, пролювиальные, аллювиальные, флю- виогляциальные, озерные, озерно-болотные, морские, моренные, эоловые супеси, суглинки и глины (кроме, пожалуй, эоловых глин). Глинистые породы являются одним из наиболее широко распространенных типов грунтов. Они встречаются среди отло­жений различного возраста, начиная с кембрия и кончая совре­менными, по сути еще формирующимися образованиями. По мнению Л.Б. Рухина, глинистые породы составляют не менее 60 % общего объема осадочных пород. Эти породы часто вовле­каются в сферу интересов инженеров-строителей и в связи с этим необходимо достаточно серьезное к ним отношение, с уче­том того, что состав глинистых грунтов, структурно-текстурные особенности, а также строение слагаемых ими толщ определяют­ся генезисом. Кроме того, ощутимое влияние на свойства глини­стых грунтов оказывают их возраст и условия залегания.

Пески имеют чрезвычайно широкое распространение. Соглас­но данным Л.Б. Рухина, площадь, которая занята в СНГ песка­ми, равняется примерно2млн км 2 , из которых чуть меньше тре­ти (600 тыс. км 2) приходится на территорию Европейской части СНГ. Массивы песков Средней Азии и Казахстана имеют пло­щадь около 1 млн км 2 . Интенсивное использование песков в строительной практике в различных целях предопределяет необ­ходимость тщательного их изучения. Песчаные породы открыва­ют в нашем описании распространенную группу несвязных грун­тов, не имеющих или почти не имеющих аналогичных глинистым грунтам связей между частицами и реализующие свои прочностные и деформационные характеристики за счет других особенностей своего внутреннего строения.

Состав, строение и свойства песков определяются, как и у всех пород, их генезисом. Установлено, что разные генетические типы песков имеют различное распространение: в Европейской части СНГ, включая страны Балтии, 51 % площади занимают аллювиальные пески, 24 % -водноледниковые, 11,3 % - эоло­вые, 3,6 % -аллювиальные, 5-6%-морские, 1,6 %-озерные, 1,5% - остальные типы.

Крупнообломочные породы представляют собой преимуществен­но обломки пород размером более 2 мм. Обломки эти несцемен- тированы и аналогичны во взаимодействии друг с другом песча­ным грунтам, т. е. в них отсутствуют связи, характерные для глинистых грунтов и грунтов с жесткими кристаллизационными связями. Обломки пород, в основном определяющие свойства и поведение грунтов под сооружениями, могут иметь различный петрографический состав и различную форму, степень обработан- ности, что, с одной стороны, определяется составом пород, а с другой (и это главное) - генезисом крупнообломочных пород (рис. 25).

■ Инженерно-геологическая характеристика осадочных пород с жесткими связями. Обломочные сцементированные породы. Рыхлые обломочные породы в природных условиях могут подвергаться це­ментации за счет веществ, выделяющихся из циркулирующих в них водных растворов; в поры может вноситься («вмываться») пы­леватый и глинистый материал. Кроме того, в них могут выпадать из растворов в осадок гипс, кальцит, кремнекислота, гидроксиды железа и другие соединения. Появление этих веществ в толще не­сцементированных обломочных грунтов приводит не только к уве­личению плотности последних, но и вызывает образование проч-

По своему содержанию и методам исследования «Литология» очень близка к такому разделу об осадочных образованиях, как «Седиментология». Неточность определения «Литологии» приводит к путанице во взаимоотношениях её с «Седиментологией». Многие считают «Литологию» частью «Седиментологии». Так по Vatan (1955) «Область седиментологии значительно более обширна, чем область петрографии осадочных пород.» . Другие исследователи, например, , процессы седиментологии относят к стадиям литогенеза, то есть рассматривают «Седиментологию» как часть «Литологии». Имеется также третье направление, например П. П. Тимофеев, О. В. Япаскурт и др.

Реальные взаимоотношения устанавливаются с позиции дилеммы прямая задача - обратная задача .

Прямая задача - определение особенностей формирования осадков, из которых образуются в дальнейшем осадочные горные породы, в различных физико- механических и физико- химических условиях. Большой вклад в решение этой проблемы внёс Н. М. Страхов (1900-1976) , .

Обратная задача - на основе анализа наблюдаемых свойств осадочных пород - восстановление условий их образования. Существенный вклад в решение этой проблемы внёс Л.В.Пустовалов , а также практически все геологи и, в частности, литологи, которые занимаются изучением осадочных пород.

Опираясь на это разделение типов задач, можно утверждать, что «Седиментология» - это форма решения прямой задачи, тогда как «Литология» - обратной задачи. Несмотря на их близость, это - задачи, решения которых направлены в противоположные стороны. Учитывая вышесказанное, можно говорить, что конечной целью «Литологии» является определение палеогеографических условий формирования осадочных пород .

Классификация осадочных горных пород

В формировании осадочных горных пород участвуют различные геологические факторы: разрушение и переотложение продуктов разрушения ранее существовавших пород, механическое и химическое выпадение осадка из воды, жизнедеятельность организмов. Случается, что в образовании той или иной породы принимает участие сразу несколько факторов. При этом некоторые породы могут формироваться различным путем. Так, известняки, могут быть химического, биогенного или обломочного происхождения. Это обстоятельство вызывает существенные трудности при систематизации осадочных пород. Единой схемы их классификации пока не существует.

Различные классификации осадочных пород были предложены Ж.Лаппараном ( г.), В. П. Батуриным ( г.), М. С. Швецовым ( г.) Л. В. Пустоваловым ( г.), В. И. Лучицким ( г.), Г. И. Теодоровичем (1948 г.), В. М. Страховым ( г.), и другими исследова­телями.

Однако для простоты изучения применяется сравнительно простая классификация, в основе которой лежит генезис (механизм и условия образования) осадочных пород. Согласно ей осадочные породы подразделяются на обломочные , хемогенные , органогенные и смешанные .

Генезис осадочных горных пород

«Осадочные горные породы» объединяют три принципиально различные группы поверхностных (экзогенных) образований, между которыми практически отсутствую существенные общие свойства. Собственно из осадков образуются хемогенные (соли) и механогенные (обломочные, частично терригенные) осадочные породы. Образование осадков происходит на поверхности земли, в её приповерхностной части и в водных бассейнах. Но применительно к органогенным породам довольно часто термин «осадок» не применим. Так если осаждение скелетов планктонных организмов ещё можно отнести к осадкам, то куда отнести скелеты донных, а там более колониальных, например, кораллов, организмов не ясно. Это говорит о том, что сам термин «Осадочные горные породы» является искусственным, надуманным, он является архаизмом. В следствие этого В. Т. Фролов пытается заменить его термином «экзолит». Поэтому анализ условий образования этих пород должен происходить раздельно.

В классе механогенных пород первые два понятия являются равнозначными и характеризуют разные свойства этого класса: механогенный - отражает механизм образования и переноса, обломочный - состав (состоит практически из обломков (понятие строго не определено)). Понятие Терригенный отражает источник материала, хотя механогенными являются и значительные массы обломочного материала, образуемого в подводных условиях.

Механогенные осадочные породы

Эта группа пород включает две главные подгруппы - глины и обломочные породы. Глины - специфические породы, сложенные различными глинистыми минералами: каолинитом , гидрослюдами, монтмориллонитом и др. Глины выделившиеся из взвеси называются водноосадочными глинами в отличие от остаточных глин, присутствующих в сохранившихся корах выветривания.

Общие свойства обломочных пород

Обломочные порода - главнейшая часть механогенных пород. Среди осадочных пород «обломочные породы» (далее ОП) представляют собой одни из самых распространенных классов горных пород. Объем этого понятия соответствует представлениям ранних периодов становления литологии. Изначально к ним относили породы, содержащие собственно обломки пород и минералов, с одной стороны, и продукты их механического (физического) преобразования -окатанные зерна пород и минералов- с другой. Но определение «обломка» отсутствует. Такая же ситуация и с антагонистом «брекчии»- галькой: что такое галька? Есть узкое определение понятия «галька», по которому галька ограничена в линейных размерах. Однако в литологии есть также объекты, близкие по смыслу гальке, но иных размеров: валуны , гравий и т. д. В широком смысле «галька» (или окатыш по Л. В. Пустовалову)- «это окатанные водой обломки горных пород». Имеется существенное генетическое различие между обломками и окатышами. «Обломочные породы» - породы, сложенные только обломками материнских пород (минералов). Окатыши не являются обломками в прямом смысле и потому не могут входить в группу «обломочных пород». Они составляют самостоятельную, весьма распространенную группу осадочных образований (конгломероиды ), сложенную полностью или преимущественно окатышами различных размеров (галька. гравий, конгломераты , галечники, гравелиты и пр.) , .

Выделить следующие особенности состояния породы:
I.Сложение породы - вид представления зерна в породе.
II. Cтроение породы .
Для определения породы использовано понятие о зерне З = (Z = Zerno): это -любой формы и размеров твердое моно- или многофазное образование, имеющее естественную фазовую границу, отделяющую его от других подобных, может быть и сходных по внутренним свойствам, образований. Тогда образец сложен некоторой породой П , если образец - твердое, созданное естественным путем, многофазное образование, сложенное зернами З различного состава. В образце, как элементарной части геологического пространства и сложенном множеством зёрен различного состава и размера, возникает новое качество - взаимоотношения зерен между собой.

В связи с этим в осадочных горных породах выделяются два уровня свойств:

• Свойства единичного зерна- состав, размер, форма и особенности её изменения;
• Свойства совокупности зёрен - размерность , структура и текстура .

Свойства единичного зерна

Сюда входят: состав, размер, форма и особенности её изменения;

Размер зёрен

В подавляющем большинстве случаев размер зерен () измеряется в трёх направлениях, согласно приписываемой им виртуальной системе координат. Ориентировка этой системы координат относительно внутренних свойств зёрен не определена. Наибольший размер (длина) обозначается через , средний размер (ширина) - и минимальный размер (толщина) - . Конкретные величины значений этих измерений колеблются в широких пределах. Порядок изменения этих величин также неизвестн: если произвольно взять два соседний зерна и в упорядоченной по размерам совокупности зёрен, то величина не определена.

Поскольку пределы изменения размерных параметроы достаточно велики, то создаются специальные шкалы измерений, в которых указываются минимальные и максимальные пределы изменения размеров зёрен определённой группы, получившие специальные названия (пелиты, алевриты, псефиты (пески) и пр.). В практие это деление (выделение гранулометорических фракций) осуществляется с помощью "ситового" анализа . Метод сильно искажает реальные размеры и соотношения между ними в зёрнах , .

Форма зёрен

Наименее изученная часть свойств обломочных пород. Значение формы зерна () определяется её ролью в гидродинамике переноса зёрен водными потоками , влияя на дальность переноса . Из российских ученых в первые об этом, видимо, заговорил И. А. Преображенский ( , С. 557). Позже этому фактору уделял внимание Ю. А. Билибин на примере изучения морфологии золотин из россыпей различного типа. К. К. Гостинцев приводит элементы геометрической классификации форм зерен, выделив обобщенные формы : сферы (шаровидные формы), эллипсоиды, параллелепипеды , диски , чешуйки , таблички и др. Классификация форм зёрен приведена в , .

В "Петрографии осадочных пород" в качестве аналога формы не обосновано широко используется понятие "окатанность", как степень округлённости углов в зёрнах. Анализ показал, что "окатанность" к форме зёрен прямого отношения не имеет, но отражает степень изменения этой формы (физического метаморфизма пород).

Можно выделить основные стадии механогенного метаморфизма:

1. "совершенно не окатанные, остроугольные зерна пород (щебень , хрящ , дресва, каменная крошка, зерна- осколки)"; 2. зерно окатано так, что еще можно установить ее изначальную форму;

эта стадия позволяет проводить дробную классификацию на основе уже существующих представлений об обломочных породах.

3. «вполне окатанные зерна с одинаково сглаженной поверхностью обтекаемой формы». Начальная форма уже не определима. Конечная форма описывается уравнениями второго порядка .

Состав зёрен

Установлена зависимость состава зёрен от размера зёрен. Эта зависимость проявляется в том, что зёрна, размер которых мм, существенно сложены минералами и их обломками. Зёрна, размер которых мм, сложены существенно породами. Это позволяет всё многообразие рыхлых обломочных пород разделить на минакласты (зёрна сложены преимущественно минералами (миналы)) и литокласты (- преимущественно породами).

В литокластах форма зёрен уже существенно зависит от состава зёрен. Здесь начинают сказываться внутренние свойств пород.

Б.Свойства совокупности зёрен

В определении понятия «горная порода» выделены две части – вещественная и пространственная. К параметрам, связанным с пространственным расположением зерен, относятся: морфологические и линейные характеристики зерен; пространственное расположение центров тяжести зерен (не изучено); пространственные взаимоотношения зерен, обусловленные различиями в размерах и форм зерен. Формирование обломочных пород, как способ формирования некоторой совокупности, или множества, зёрен приводит к появлению новых и существенно важных свойств, таких, как структура и текстура.

Возможны установления определённых отношений между размерными параметрами. В минакластах зёрна не изометричны, их размерные параметры соответствуют неравеству , а это означает возможное наличие функциональных зависимостей между ними. Кроме того выявлены зависимости вида , где -периметр. В этих случаях параметр представляет собой обобщённый коэффициент уплощённости, то есть чем он меньше, тем более уплощённым в среднем является зерно. Так для зёрен алмаза , для кварца , для золотин .

Свойства структур обломочных пород

На практике использование понятия "структура" в основном свелось к характеристике размерных параметов зёрен. В связи с этим понятие "структура" в петрографии не соответствует понятию "структура" в кристаллографии, структурной геологии и других науках о строении вещества. В последних "структура" больше соответствует понятию "текстура" в петрографии и отражает способ заполнения пространства. . Если принять, что "структура" является пространственным понятиям, то следующие структуры нужно считать бессодержательными: вторичные или первичные структуры и текстуры; кристаллические, химические, замещения (разъедания, перекристаллизации и т. д.), деформационные структуры, ориентированные (3-280), остаточные структуры (3-282) и пр. (в скобках- номер тома и номер структуры в списке). Поэтому эти "структуры" названы "ложными структурами" .

Структура – это множество структурных элементов, характеризуемое размерами зерен и их количественными соотношениями.
При проведении конкретных классификаций обычно используются линейные параметры зерна с последовательностью

хотя количественные оценки распространенности осуществляются через площадные (процентные) параметры. Эта последовательность может иметь значительную длину и никогда не строится. Обычно же говорят только о пределах изменения параметров , называя максимальные (max) и минимальные (min) значения размеров зерен.

Одно из направлений представления - использование числовых рядов, которые строятся также как и указанная выше последовательность, но вместо () ставиться знак суммы (). Свертка всех последовательностей осуществляется объединением равных элементов и сложением их площадей. Тогда имеем последовательность:

Выражение означает, что измерена площадь , занимаемая всеми сечениями тех зерен , размер которых равен .

Эта особенность зёрен позволяет проводить числовой анализ полученных соотношений. Во- первых, параметр можно рассматривать как значения координатной оси и таким образом строить некоторый график ( , ). Во-вторых, последовательность можно ранжировать, например, по убыванию коэффициентов , в результате получается ряд

Именно этот ряд и называется структурой данного сечения породы, он же является и определением понятия «структура». Параметр есть элемент структуры, а параметр – длина структуры. По построению . Такое представление структуры позволяет проводить сравнение различных структур между собой.

Структура элементарна , если , т.е. . Структура совпадает со своим элементом, т.е. или %. Тогда порода сложена зернами, размерные параметры которых равны друг другу. Эта структура называется равномерно-зернистой . Множество равномерно-зернистых структур образуют класс равномерно-зернистых структур , в котором каждая структура отличается параметром . Если , то структура образована зернами, размер которых изменяется в некоторых пределах. Это- структуры неравномернозернистые , их множество- класс неравномерно- зернистых структур . В неравномерно-зернистой структуре . Тогда и .

Класс неравномерно-зернистых структур является обобщением класса равномерно-зернистых структур. В классе неравномерно–зернистых структур выделяются подклассы:

1) подкласс собственно неравномерно–зернистых структур ; 2) подкласс порфировых структур (или структур включения ) класса неравномерно–зернистых структур. 3) подкласс порфировидных структур класса неравномерно–зернистых структур. От предыдущего подкласса отличается тем, что основная масса неравномерно–зернистая и отличие размеров порфировых зерен от размеров зерен основной массы менее резкое.

В петрографии обломочных пород эти подклассы не выделяются, хотя их аналоги распространены широко, например, песчаники с (включениями) гравием, галькой и пр. с образованием структур включения. В этих случаях основная масса называется цементом (базальным).
Подкласс порфировых структур (структур включения) объединяет также структуры, существующие в породах с миндалинами, овоидами, стяжениями и другими формами включений.

Изложенные характеристики структур позволяют получить решение важной в петрографии горных пород задачи: сравнение структур горных пород.

А. Равномерно-зернистые структуры и равны, если и .
Теорема: сложение двух равных равномерно-зернистых структур и дает равную им равномерно-зернистую структуру. Теорема: сложение нескольких равных равномерно-зернистых структур также дает равномерно-зернистую структура, равную структуре составных частей.
Следствие 1. Если образец с равномерно-зернистой структурой разделить на некоторое количество частей, то каждая часть образца породы будет характеризоваться равной ей равномерно-зернистой структурой.
Следствие 2. Если в образце породы с равномерно-зернистой структурой изучена некоторая часть образца породы, то порода этой части образца характеризует и всю породу.

Б. Сравнение неравномерно- зернистых структур. Основой анализа является выделение структур, в которых элементы расположены по убыванию размерных параметров. В этом случае первый элемент определяет название структуры на основе сравнения со специальной классификацией (эталоном).
Совершенно ясно, что с одним и тем же основанием может быть большое количество структур. Выделяются крайние случаи:

А). В обоих рядах порядок элементов одинаковый. б). Порядок элементов во втором ряду противоположен таковому первого ряда.

Степень близости обоих рядов определяется с помощью представлений теории перестановок .

Свойства текстур обломочных пород

Текстура является одной из важнейших понятий в петрографии горных пород. Текстура отражает способ заполнения пространства элементами структуры. Естественно, что расположение элементов структуры в пространстве во многом определяется условиями образования пород . Тем не менее, все текстуры имеют общие свойства, которые позволяют рассматривать текстуры независимо от условий образования пород.

Зерно – это элементарный объект горной породы. Размеры зёрен измеряются по осям – (на практике обозначаемые как ). Принято, что . Ось , располагающаяся вдоль оси , - главная . Плоскость , проходящую через оси и , - также главная . Ось . Зёрна отличаются по вещественному составу (), форме () и размерам (от Dimension – размерность), т.е. . Здесь , , - элементы структуры. Кроме того, зёрна в образце находятся в некоторых отношениях друг к другу, т.е. .

Если структурный элемент - это зерно образца, то пространственная часть образца имеет вид . Таким образом, текстура () – это множество зёрен образца, обладающих свойством:

.

Следовательно, текстура является понятием более высокого уровня обобщения, чем структура , поскольку в основу выделения текстур положены не только форма и состав зёрен, но и их структурные признаки.

Смысл выражения зависит от сущности параметра . Элементарные отношения между зёрнами представлены:

Зёрна в компактном множестве { З } размещаются так, чтобы главные плоскости этих зёрен совпадают. Тогда можно провести плоскости, касательные к поверхностям зёрен как снизу (подошва ПД ), так и сверху (кровля КР ). Если между этими плоскостями располагается по одному зерну, то слой можно назвать монослоем (обозначается через ). Нормальное положение монослоя – горизонтальное.

Основные типы текстур

Каждый монослой характеризуется параметрами: вещество M (материал), D, SR, OR . Поскольку , то монослои характеризуются параметрами и . Далее эти параметры записыватся в виде биекции . Если в соседних монослоях и и , то такие монослои будем называть тождественными (или эквивалентными). В таком случае граница между монослоями отсутствует (т.е. ). Если этими свойствами обладают все последовательно наслаиваемые друг на друга монослои, то между ними границы отсутствуют. В этом случае совокупность этих монослоев образует слой , а порода приобретает монолитную текстуру .

Это тип компактных монолитных текстур . Если же хотя бы один из компонентов свойств не совпадает с соответствующим компонентом свойств , то граница сохраняется (или ).

Если в образце присутствуют несколько монослоёв (слоёв), каждый из которых отличается хотя бы одним элементом текстуры от соседнего монослоя (или слоя), то имеет место слоистая текстура . Это тип компактных слоистых текстур . Эти типы исчерпывают все многообразие основных типов текстур.

Между монолитными текстурами и слоистыми текстурами существует принципиальное различие. В первом случае выявляются отношения между зёрнами породы. При этом устанавливаются признаки, определяющие текстуру самой породы: отношения между размерными параметрами (структура), отношения между формами зерен, ориентировка зерен. Тип монолитных текстур является единственным представителем текстур в породе.

В случае слоистой текстуры появляется новый вид отношения: отношение между слоями (слойками). Кроме вышеназванных признаков, определяющих текстуру породы, выполняющей слой, здесь появляются новые признаки, характеризующие отношения слоёв как геологических тел друг относительно друга: средних ориентировок зёрен одного слоя относительно ориентировок зёрен другого слоя, отношение между самими слоями; отношение между размерными параметрами одного слоя относительно размерных параметров другого слоя. Таким образом, слоистая текстура отражает более высокий уровень организации геологического материала. В породе слоистых текстур нет .

В практике геологических исследований часто фигурирует понятие «слоистая порода» (слоистый песчаник, слоистый алевролит и пр.). Под слоистой породой понимают породу, обладающую слоистой текстурой. В связи с изложенными выше соображениями это понятие необходимо признать не корректным. По определению порода с монолитной текстурой сложена зернами без признаков их пространственного разделения. В «слоистой породе» ситуация совершенно иная. Здесь слоистость обусловлена наличием слоёв (слойков), т.е. самостоятельных геологических тел, заполненных породами; в каждом слое порода имеет монолитную текстуру. Следовательно, образец с выявленной слоистой текстурой сложен набором пород, а к набору пород термин «порода» как единичный признак вообще не применим.

Классификация текстур. I . Тип компактных монолитных текстур .

Выделяются подтипы текстур:
А. Подтип текстур изотропных (массивных ). Параметры структурных элементов не изменяются вдоль (эталонных) линий, проходящих через образец в любом направлении. Во всех случаях зёрна располагаются статистически хаотично, беспорядочно в породе с равно– или разнозернистой массой. Это – подтип компактных монолитных массивных текстур (текстуры беспорядочная, плотная, неориентированная, однородная и др.).
Б. Подтип текстур анизотропных . Свойства породы изменяются с изменением ориентировки эталонных линий. Выделяются классы текстуры:
Ба. Класс компактных монолитных ориентированных текстур ; обусловлен особенностями строения основной массы породы. Сюда относятся текстуры с согласно ориентированными друг относительно друга зёрнами; иногда их называют гломерокристаллическими, сланцевыми, ориентированными текстурами и пр.

• Бб. Класс компактных монолитных ориентированных линейных текстур ; обусловлен наличием ориентированных единичных структурных элементов при хаотичном расположении зерен вмещающей их массы; сюда относятся породы различных порфировых и порфировидных структур, в которых порфировые (порфировидные) зерна, миндалины и пр. являются единичными структурными элементами. Выделяются подклассы:
  • Бба. Ориентированные зерна не образуют единого сообщества и разбросаны по образцу бессистемно. По Н.А. Елисееву это параллельно-линейные текстуры .
  • Ббб. Ориентированные зерна (обычно пластинчатые кристаллы) образуют единое сообщество, проявляемое в виде плоско-параллельного «слоя», создавая видимость слоистой текстуры. По Н.А. Елисееву это плоско-параллельные (ложно слоистые) текстуры .
• Бв. Текстуры, обусловленные наличием ориентированных структурных агрегатов, например, шлиров, обломков пород и пр. Это класс компактных агрегативных текстур (текстуры такситовые, атакситовая и пр.). Этот подкласс текстур специально не выделяется. Если же агрегат рассматривать как обобщенное зерно, то здесь также выделяются текстуры, определяемые расположением единичных структурных элементов. Поэтому можно выделить подклассы:
  • Бва. компактные агрегативные массивные текстуры ;
  • Бвб. компактные агрегативные параллельно-линейные текстуры ;
  • Бвв. компактные агрегативные плоско-параллельные текстуры .

II . Тип слоистых текстур .

За основу анализа взята пара соседних слоёв, имеющих четко выраженные элементы текстуры. Виды текстур, устанавливаемые на основе анализа этой пары, называются элементарными. Здесь уже на сцену выступает форма элементов текстур. Независимо от вида этой формы, их всех объединяет наличие некоторого радиуса R кр кривизны, на основе которого выделяются крайние подтипы элементарных слоистых текстур: если R кр = , то имеет место подтип ламинарных слоистых текстур. Если R кр << - то подтип турбулентных (вихревых) слоистых текстур.
А. Подтип ламинарных слоистых текстур . Элементы внутреннего строения располагаются субпараллельно границам слоёв, напоминая ламинарное течение жидкости. Выделяются классы ламинарных слоистых текстур.

элементов текстур обоих слоёв существенно различны.
Возможны разновидности текстур:
Абба. Слой А обладает простой ламинарной слоистой текстурой, слой Б – косой слоистой текстурой.
Аббб. Оба слоя обладают косой слоистой текстурой, но элементы текстуры слоя А располагается косо к элементам текстуры слоя Б .
Б. Подтип турбулентных (вихревых) слоистых текстур . Такие текстуры обычно называются (собственно) косой слоистостью. Одним из свойств (кроме R кр ) элементов текстур этого подтипа является ограниченность длин слойков в сечении образца. По характеру поведения R кр можно выделить текстуры:

• Ба. R кр = const. Слой образует эллипсовидное кольцо постоянной формы. Так как мы имеем дело со слоистыми явлениями, то образуется сферическое образование (эллипс, шар и пр.), заполненное слоистым веществом. Сама сфера может быть срезана другими сферическими образованиями. Строго анализа этого вида текстур не существует.
• Бб. R кр ≠ const . Радиус кривизны изменяется не только по длине элемента текстуры, но и от слойка к слойку.

История формирования механогенных пород

Согласно представлениями Н. М. Страхова, являющихся в настоящее время руководящими, процесс формирования механогенной осадочной горной породы называется литогенезом (Страхов, 1960) и состоит из стадий :

1. образование осадочного материала;
2. перенос осадочного материала;
3. седиментогенез - накопление осадка;
4. диагенез - преобразование осадка в осадочную горную породу;
5. катагенез - стадия существования осадочной горной породы в зоне стратисферы;
6. метагенез - стадия глубокого преобразования осадочной горной породы в глубинных зонах земной коры .

Образование осадочного материала

Образование осадочного материала происходит за счет действия различных факторов - влияния колебаний температуры , воздействия атмосферы , воды и организмов на горные породы и т. д. Все эти процессы приводят к изменению и разрушению пород и объединяются одним термином выветривание .

Перенос осадочного материала

Осадочный обломочный материал обычно не остается на месте, а переносится под действием различных факторов в те участки земной поверхности, где существуют условия, благоприятные для его на­копления и захоронения.

Чаще всего аргументом является величина , говоря о том, что зерно ориентировано поперёк течения воды в потоке ; это допустимо при перемещении зёрна перекатыванием.

Это зависимость легко вписывается в импульсный (пульсационный) механизм движения взвеси. Пульсационный механизм перемещения материала позволяет говорить о периодичности протекания процесса.

Перемещение зерна подчиняется аксиомам:
1. Перемещение осадочного материала осуществляется как в декартовых координатах , так и во времени , то есть , где - масса переносимого материала; - координата, вдоль которой происходит перемещение материала.
2. Осадочный материал поступает в бассейн осаждения вследствие разрушения некоторого исходного материнского геологического тела , заполненного рыхлым материалом, так, что количество выносимого материала пропорционально количеству материала в исходном геологическом теле. Это, в конечном счёте, приводит к уравнению перемещения вещества :

при преобразовании которого получено простейшее гиперболическое уравнение , или уравнение струны .

Накопление осадка

Транспортируемый осадочный материал осаждается в пониженных участках рельефа . Скорость накопле­ния осадка колеблется в очень широких пределах - от долей мил­лиметра (глубоководные части морей и океанов) до нескольких метров в год (в устьях круп­ных горных рек).

Длительное и устойчивое погружение области осадконакопления предопределяет образование мощной, однородной осадочной толщи. В случае частой смены тектонического режима, а также при сезонных изменениях климата происходит переслаивание осадков, различных по составу и строению.

Следует иметь в виду, что наряду с дифференциацией на поверхности нашей планеты может происходить и смешивание осадочного материала (интеграция), поступающего из разных сноса. Этот процесс приводит к образованию полиминеральных пород, например, граувакк, слагающихся как разнородными обломочными и минеральными компо­нентами, так и биогенным и хемогенным материалом.

Это перемещение называется транспортировкой. Транспортировка , как правило, завершается осаждением материала. Эта стадия - стадия преноса и осаждения вещества называется седиментогенезом (сложное явление, включающее механическое, химическое выветривание, дифференциацию продуктов выветривания , образование и разрушение коллоидных и ионных систем).

Биогенные породы

Основная статья : Биогенные породы

Хемогенные породы

Основная статья : Хемогенные породы

Диагенез

Осадок, накопившийся на дне водоема или на поверхности суши, обычно представляет собой неравновесную систему, состоящую из твердой, жидкой и газовой фаз. Между составными частями осадка начинается физико-химическое взаимодействие. Активное участие в преобразовании осадков принимают обитающие в иле организмы.

Во время диагенеза происходит уплотнение осадка под тяжестью образующихся выше него слоев, обезвоживание, перекри­сталлизация. Взаимодействие составных частей осадка между со­бой и окружающей средой приводит к растворению и удалению неустойчивых компонентов осадка и формированию устойчивых минеральных новообразований. Разложение отмерших животных организмов и растений вызывает изменение окислительно-восста­новительных и щелочно-кислотных свойств осадка. К концу диагенеза

Фабрициус Ян Фрицевич - один из самых известных красноармейских офицеров начала XX века. Его именем названы многие российские улицы, а марки с его изображением, долгое время украшали советские конверты. Подобная слава была вполне обоснованной, учитывая то количество наград, которое он успел получить за время службы в рядах Красной армии.

Однако сегодня историки не всегда согласны с тем, каким перед нами предстает Фабрициус Ян Фрицевич. Биография этого человека имеет множество спорных моментов, способных в корень изменить мнение о нем. А посему давайте попытаемся понять, кем же на самом деле был Фабрициус: бесстрашным героем или послушным карателем?

Юношеские годы

Фабрициус Ян Фрицевич появился на свет 14 июня 1877 года в городе Злекас Курляндской губернии. Его родители были наемными крестьянами и из-за этого постоянно испытывали нужду в деньгах. С юных лет Ян стремился помогать своей семье, так как понимал, что иначе они не смогут вырваться из этой ямы.

Благодаря совместным усилиям мать с отцом смогли накопить достаточно денег, чтобы отдать сына в местную гимназию. Этот шаг сыграл важную роль в жизни мальчишки, так как именно во время учебы он впервые услышал о революционных идеях. В тот момент Ян Фабрициус обрел смысл жизни - цель, ради которой он готов был сражаться до самого конца.

Революцию в массы

После окончания учебы, в 1903 году, Фабрициус устраивается работать на машиностроительный завод в Риге. Здесь он ведет активную агитацию среди рабочих, призывая их к революционным действиям. В этом же году юноша вступает в российскую социал-демократическую рабочую партию.

Увы, Ян Фабрициус не учел того факта, что столь громкие речи непременно вызовут интерес у местных властей. И действительно, в 1904 году его осуждают за антисоциальное поведение и отправляют на каторжные работы в Якутию. Однако подобный поворот судьбы не пугает горячего юношу, а лишь закаляет его характер.

В итоге Фабрициус Ян Фрицевич продолжает свои революционную деятельность даже после отбытия наказания. Как следствие, в 1913 году его снова отправляют в ссылку, но на этот раз в Сахалин. Здесь он знакомится с новыми друзьями, которые советуют ему вступить в ряды действующей армии, тем самым скостив свой срок.

Подполье в армии

Летом 1915 года рядовой Фабрициус Ян Фрицевич был зачислен в 1-й латышский батальон. Понятное дело, бывшему каторжнику дают звание рядового и отправляют его служить в самые горячие точки. Однако такое отношение только на руку революционеру, так как в подобных местах всегда можно было найти тех, кто не был согласен с идеями правящей элиты.

Со временем он стал главой местного подполья, занимающегося активной вербовкой новых кандидатов. Естественно, среди вышестоящих офицеров были и те, кто сомневался в преданности Яна Фабрициуса. Но он всегда развеивал их подозрения своим бесстрашным поведением на поле боя.

Наконец-то среди своих

После Октябрьской революции Ян Фабрициус становится председателем полкового комитета. В 1918 году его назначают командиром Гдовского отряда, благодаря чему он проявляет себя как отменный стратег и бесстрашный лидер. В целом хроники рисуют Яна Фрицевича как отважного человека, готового пойди и в огонь, и в воду.

Подобное черты позволили ему быстро продвинуться по карьерной лестнице. Так, в 1921 году он уже был начальником Объединенных курсов комсостава РККА. Более того, он стал первым советским офицером, получившим орден «Красной звезды» - высшую награду того времени.

Погиб Ян Фрицевич 24 августа 1929 года. По официальной версии, он утонул, пытаясь спасти пассажиров тонущего самолета.

Критика и спорные факты

В советское время историкам было негоже копаться в тех архивах, которые могли испортить репутацию партии. Однако в наше время такой проблемы нет, поэтому в последние годы ученые находят некоторые неточности в биографии красноармейского героя.

Так, специалисты нашли некоторые упоминания о том, что в 1918 году полк Фабрициуса вел огонь по своим соотечественникам, которые бежали от немецких войск. Также в этих архивах есть сведения о том, что Ян Фрицевич отслеживал всех несогласных с советской властью в городе Гдове, а затем их расстреливали.

Также у историков вызывает сомнения «героическая» смерть Фабрициуса. Есть мнение о том, что он случайно упал в воду во время крушения самолета. При этом саму аварию якобы вызвал его же приказ, который был отдан пилоту ради эффектных маневров перед публикой.