Тонкообломочными глинистыми сцементированными осадочными породами являются. Обломочные осадочные породы. Диагностические признаки осадочных пород

Породы обломочного (механического) происхождения

Породы обломочного (механического) происхождения являются продуктами механического разрушения каких-либо материнских пород и сложены преимущественно обломками устойчивых к выветриванию минералов и пород. Они разделяются по крупности обломков на грубообломочные, среднеобломочные (песчаные), мелкообломочные (пылеватые) и тонкообломочные (глинистые). Среди них только глинистые породы являются продуктами химического разложения материнских пород, остальные же породы сложены обломками, не подвергшимися существенному выветриванию. Независимо от размеров частиц обломочные породы могут быть рыхлыми или сцементированными.

К рыхлым грубообломочным породам относятся разновидности с окатанной и угловатой формой, образовавшиеся в результате накопления крупных обломков. Среди них выделяют обломки размером 1000... 100 мм, называемые валунами (окатанные) или глыбами (угловатые); 100 ... 10 мм - галькой (окатанные) или щебнем (угловатые), 10... 1 мм --гравием (окатанные) или дресаой (угловатые).

Валуны (валунный камень) состоят из грубоокатанных обломков, обработанных и перенесенных водой или ледником. По генезису валунный камень может быть ледниковым, речным, морским, озерным. Более мелкие его разновидности размером 120... 300 мм называют булыжным камнем. Крупный валунный камень, поступающий на строительство, нуждается в предварительной переработке на штучный материал - шашку, бутовый камень и др.

Галька и гравий образуются аналогично первому, при переносе обломков на большие расстояния реками, горными потоками, а также под действием морского прибоя, приобретая при этом различную степень окатанности и сортировки. Качество гравия обусловливается его генезисом, минеральным составом, содержанием глинистых и органических примесей и пр. Лучшей разновидностью гравия считается ледниковый, который менее окатан. Гравий применяется в железобетонных сооружениях, дорожном строительстве и как фильтрующий материал.

Глыбы, щебень и дресва представляют собой скопления угловатых обломков скальных пород, разнородных по минеральному составу. Эти отложения особенно характерны для пустынных и полярных районов с интенсивно протекающими процессами физического выветривания. Они достаточно широко распространены в средней и северной полосе европейской части нашей страны.

Песчаные (среднеобломочные) породы представляют собой рыхлую смесь зерен с размерами от 1 до 0,1 мм. Их принято разделять по крупности зерен на крупнозернистые с диаметром частиц от 1 до 0,5 мм; среднезернистые - 0,5 ...0,25 мм; мелкозернистые - от 0,25 до 0,1 мм. Пески состоят преимущественно из кварца, наиболее устойчивого к химическому выветриванию минерала. Чистые кварцевые пески светлой окраски являются мономинеральными породами. Смешанные (полимиктовые) пески состоят из смеси минералов, в которых кроме кварца находятся полевые шпаты, слюды, амфиболы и др. Среди них наибольшее распространение имеют аркозовые пески красного или серого цвета, преимущественно кислого полевошпатового состава, с небольшой примесью кварца и других минералов. Наибольшей чистотой и однородностью зерен отличаются морские и эоловые отложения; морские и речные пески имеют окатанную, а ледниковые - угловатую, наиболее благоприятную для строительных целей, форму зерен. Вредной примесью к пескам являются глинистые и пылеватые фракции (0,05... 0,005 мм). При оценке качества песка как строительного материала учитывают его минеральный и гранулометрический составы, форму зерен, пористость, коэффициент фильтрации и др. Плотность песков составляет 2,64 г/см3, а средняя плотность--1800 кг/м3. Они являются главным сырьем для получения керамики, динаса, стекол, бетонов и растворов, кирпича; используются для дорожных покрытий, в абразивном производстве. Распространены повсеместно.

Пылеватые (мелкообломочные) породы состоят из частиц размером от 0,1 до 0,01 мм и отличаются от песчаных содержанием более мелких частиц. Представителем этих пород является лёсс--светлоокрашенная пористая (46 ...50%) порода, содержащая кварц, полевые шпаты, до 30% кальцита и до 50% глинистых минералов. Плотность лёссов составляет 2,5 ...2,8 г/см3, а средняя плотность - 1200 ... 1800 кг/м3.

Они отличаются просадочностью, легко размокают в воде. Используются в цементной промышленности как добавка в бетоны, в производстве кирпича, черепицы и др. Распространены в европейской части нашей страны, на юге Украины, в Средней Азии, южной Сибири.

Глинистые (тонкообломочные) породы состоят более чем наполовину из мельчайших (менее 0,01 ... 0,001 мм) чешуеобразных частиц глинистых минералов, среди которых не менее 25% имеют размеры менее 0,001 мм. Глины образуются при выветривании полевошпатовых и некоторых других силикатных пород и состоят преимущественно из глинистых минералов типа каолинита, монтмориллонита и гидрослюд с примесью кварца, слюды, вторичного кальцита, опала и др. Большинство глин являются полиминеральными, однако среди них имеются наиболее ценные мономинеральные: каолинитовые и монтмориллонитовые разновидности. Главным фактором при применении глин в строительстве и производстве строительных материалов является их минеральный состав.

Полиминеральные глины являются сырьем для производства кирпично-черепичных изделий, грубой керамики, глинозема, огнеупоров и т. д.

Каолинитовые глины сложены в основном каолинитом и сравнительно свободны от примесей оксидов железа. Они представляют собой белые тонкозернистые, жирные на ощупь малопластичные породы, являющиеся продуктами разложения (гидролиза) алюмосиликатов диссоциированной водой, содержащей свободные ионы водорода и растворенную СО2.

Каолинитовые глины являются континентальными отложениями и образуются в условиях кислой среды. Они используются в производстве фарфоро-фаянсовых изделий, цемента, шамота. Месторождения каолинитовых глин находятся на Украине, Урале, в Сибири и др.

Монтмориллонитовые глины появляются при разложении вулканических пеплов в щелочной среде. Среди них выделяются сильно набухающие в воде натровые глины с преобладанием катиона Na над катионами Са, Mg и К и неразбухающие кальциевые - с преобладанием Са над катионами Na и Mg. К первым относятся бентониты и флоридины, породы белой, серовато-белой, розоватой и другой окраски, характерной особенностью которых является сильное набухание при увлажнении с увеличением объема примерно в 16 раз и более и высокая адсорбционная способность. Большинство этих глин обладает резко выраженной пластичностью при затворении водой, сохраняя при высыхании приданную им форму, а после обжига образуют камневидные массы. С увеличением в глинах механических примесей пластичность их быстро снижается. Монтмориллонитовые глины применяются как замечательные адсорбенты, так как обладают высокой поглотительной способностью. Их месторождения имеются в Грузии, Крыму, Приднепровье, Закарпатье, Средней Азии.

Сцементированные обломочные породы образовались путем цементации рыхлых пород разнообразными химическими веществами. Наиболее прочным является кремнеземистый цемент (вторичный кварц, опал, халцедон), менее прочны железистый (лимонит), карбонатный (кальцит) и малой цементирующей способностью отличается глинистый цемент. Ниже приводится описание главных представителей этой группы.

Брекчии представляют собой компактные породы, состоящие из угловатых обломков дресвы или щебня, сцементированных каким-либо цементом. Петрографический состав этих обломков отличается однородностью. Угловатая форма обломков обеспечивает хорошее сцепление их с природными цементами, поэтому брекчии при некоторых видах цементов имеют достаточно высокую прочность и используются как отделочные камни. Брекчии имеют ограниченное распространение.

Конгломераты - сцементированные природным цементом скопления гальки, гравия, мелких валунов и др., отличающиеся от брекчий пестротой петрографического состава, широким диапазоном прочности от 5 до 160 МПа и изменением средней плотности в интервале 1500 … 2900 кг/м3. По сравнению с брекчиями конгломераты отличаются меньшей прочностью, так как окатанный обломочный материал довольно слабо связывается с цементом. Практическое значение этих пород невелико, однако их характерная структура (вяжущее рыхлый материал) является прототипом самой распространенной структуры ИСК. Слабо сцементированные их разновидности используются для получения балласта, а красивые - как отделочные декоративные камни. Мощные отложения конгломератов известны в Крыму и Средней Азии.

Песчаники образуются путем цементации зерен песка при просачивании через них разнообразных минеральных растворов. В зависимости от разновидности цементов различают кремнистые, известковые, железистые, гипсовые, глинистые, битуминозные и другие виды песчаников. Их прочность определяется видом природного цемента, характером его сцепления с зернами песка, плотностью породы. Она колеблется в широких пределах от 1 до 150 МПа и выше, а средняя плотность - от 1900 до 2800 кг/м3. Наиболее прочными (100... 150 МПа и более) являются кремнистые песчаники со средней плотностью до 2800 кг/м3. Малой прочностью отличаются глинистые песчаники, легко разрушающиеся при насыщении водой или циклическом замораживании и оттаивании; известковые песчаники неводостойки. В битуминозных песчаниках битум, пропитывающий толщи пород, составляет до 20% их массы. Окраска песчаников зависит от цемента: кремнистые и известковые имеют белые и светлые тона, железистые - желтые и красноватые и т. д. Они широко распространены в Карелии, на Украине, в Поволжье и др. и используются для получения стенового камня, бута, щебня, а также декоративного отделочного материала. Их разновидности, содержащие не менее 97% кремнезема, идут на изготовление кислотоупорных материалов и сырья, для получения огнеупоров, абразивов и др.

К этим классам относятся всем хорошо знакомые сыпучие по-роды — песок, щебень, галечник, гравий; сцементированные по-роды, среди которых самым известным является песчаник, а также глинистые породы — глина, суглинки, супеси.

Названные породы сильно отличаются друг от друга по составу и свойствам, но в природе переход от обломочных пород к гли-нистым очень постепенный, с большим количеством смешанных разностей, что задает необходимость рассмотрения данных классов в рамках одного раздела.

Классификация

В разделе рассматривается пять классов по-род — крупнообломочные, песчаные, мелкообломочные, глинис-тые и смешанные. Для краткости условимся называть их всех вмес-те обломочными и глинистыми. Как можно видеть, все они класси-фицируются по размеру, форме обломков, цементации и связности.

Осадочные обломочные, глинистые и смешанные породы

Структура и размер частиц, мм	Название породы
	Текстура
	Несцементированная		Сцементированная		Связная
	Угловатые обломки	Округлые обломки	Угловатые обломки	Округлые обломки
1. Крупно-обломочные: более 1000	Неока- танные глыбы	Глыбы	Глыбовая брекчия	Глыбо-вый кон-гломерат
200-1000	Неока- танные валуны (камни)	Валуны	Валунная брекчия	Валун-ный кон-гломерат
10-200	Щебень	Галечник	Бре^ия	Конгло- мерат
2-10	Дресва (мелкий щебень)	Гравий	Мелкая брекчия	Гравелит
2. Среднеобло-мочная — песча-ная (0,05-2):	Пески (по преоб-ладающей фрак-ции): гравелистый (грубый)		Песчаники (по пре-обладающей фрак-ции): гравелистый (грубый)
0,5-1	крупный		крупный
0,25-0,5	средний		средний
0,1-0,25	мелкий		мелкий
0,05-0,1	пылеватый (тонкий)		пылеватый (тонкий)
3. Мелкообломоч-ная — пылеватая: 0,002...0,05	Алеврит		Алевролит		Лёсс
4. Микрозернис- тая — глинистая: менее 0,002 (0,005)	Глина		Аргиллит		Глина
5. Смешанная	Песок пылевато-гли- нистый со щебнем и гравием, галечник с песчаным гравий-ным заполнителем и др.		Конгломерат песча-нистый, гравелит песчанистый и др.		Глина, сугли- нок, супесь

Состав

Эти породы состоят из продуктов механического и хи-мического разрушения и преобразования других пород на поверх-ности земли. В подавляющем большинстве случаев они являются почвообразующим материалом, на них осуществляется большая часть строительства и прочего природообустройства, их чаще других называют словом «грунт».

В составе обломочных и глинистых пород выделяется три ос-новные составные части — обломки, цемент и глинистый материал.

Обломочный материал

Обломочный материал — главная составная часть обломочных пород — каменный материал в составе глыб, валунов, гальки, гравия, щебня, песчинки, образующие песок, кварцевая мине-ральная пыль. Все это может быть представлено различными скаль-ными или полускальными породами, и название исходной породы может быть только упомянуто — щебень гранитный, галечник из-вестняковый, песок кварцевый. Булыжник, бут, голыш, брус-чатка — естественный или специально обработанный и подоб-ранный камень размером в десятки сантиметров, применяемый в строительстве для мощения дорог и кладки фундамента.

По форме выделяют два основных типа обломков — угловатые и округлые, также существует несколько переходных типов между ними.

Каменные обломки различной формы

а — угловатые; б — округлые (окатанные); в — полуокатанные

Широко распространенную морену принято называть щеб-нистым суглинком, в то время как имеющиеся в ней каменные включения скорее ближе к округлой гальке, чем к угловатому щебню.

Обломки угловатой формы. Они образуются при выветри-вании и отламывании кусков от коренной монолитной породы. В природе данный процесс интенсивнее всего развит на склонах; образующиеся в результате него обломки скапливаются у подножья склонов, образуя каменные осыпи. При горизонтальном рельефе угловатые обломки остаются на своем месте, и процесс выветри-вания быстро затухает с глубиной. Так образуются коры выветри-вания.

Угловатые обломки в составе коры выветривания и каменной осыпи

Породы осыпей и кор выветривания в зависимости от размеров обломков называют глыбами, щебнем, дресвой, хрящом. Они могут служить строительным материалом в местах своего распростра-нения, хотя реально используемые в строительстве щебень, глыбы и т.п. значительно чаще являются искусственно дроблеными кам-нями, добываемыми в карьерах при помощи взрывов. На их основе можно получить более прочные материалы для строительства, чем при использовании выветрелого и трещиноватого естественного камня, тем более что большинство населения России проживает на равнинных.территориях, где эти осыпи и коры выветривания практически отсутствуют.

Округлые (окатанные) обломки приобретают такую форму в результате обработки водой (морским прибоем, реками, водно-ледниковыми потоками), реже — ветром. Из угловатых глыб обра-зуются валуны, из щебня — галька, из дресвы (мелкого щебня) — гравий. Чем мельче обломки, тем чаще они бывают округлыми. Например, пески с угловатыми обломками в природе встречаются, но крайне редко. Пылеватая фракция — кварцевые обломки раз-мером 0,002—0,05 мм всегда округлые. Из-за мелких размеров они начинают демонстрировать коллоидные свойства — легко слипаются между собой, а будучи взмученными, медленно оседают в воде.

Цемент

Некоторые породы в природе напоминают по своему сложению такие известные искусственные материалы, как отвер-девший цементный раствор или бетон, тем, что состоят из камен-ных обломков, скрепленных между собой цементом. Не исклю-чено, что идея создания бетона была заимствована людьми в при-роде. Природный цемент сходен по составу с некоторыми химическими осадочными породами. Он бывает карбонатным, кремнистым, сульфатным, железистым и глинистым — тогда его называют глинистым заполнителем. Карбонатный цемент сходен по составу с химическим известняком и определяется по реакции с кислотой. Кремнистый — наиболее прочный и твердый из цемен-тов, иногда он имеет жирный блеск, с кислотой не реагирует. Суль-фатный — не прочен, он царапается ногтем, изредка на нем видны сахаровидные кристаллы. Железистый цемент узнается по ржавому цвету. Глинистый цемент царапается ногтем, размокает в воде.

Образование цемента возможно двумя путями:

• в морских условиях при одновременной аккумуляции хими-ческого осадка вместе с обломками;
• за счет выпадения в осадок химического материала из под-земных вод внутри обломочной толщи после ее накопления.

Породы с различными типами цемента

а — базальный цемент; б — поровый цемент; в — контактовый

Глинистые минералы

В крупнообломочных породах гли-нистые минералы могут играть роль заполнителя между каменными частицами и фактически являться цементом. При смешении гли-нистых минералов с песчаным и мелкообломочным материалом образуются так называемые глинистые породы — суглинки, супеси и природные глины. Глинистые минералы приобретают при этом роль главного компонента, придавая всей смеси свойства гли-нистых пород, главные из которых — влагоемкость, водонепрони-цаемость и связность — способность делаться пластичной при ув-лажнении и твердой при высыхании.

Структура, гранулометрический и минеральный состав

Эти харак-теристики тесно связаны между собой. Структура материала опре-деляется в зависимости от размеров частиц. Частицы определенного размера принято называть фракциями. Границы фракций взяты по ГОСТ 25100—2011 «Грунты», они с очень небольшими измене-ниями повторяют границы, принятые в геологической литературе, отличаются лишь названия фракций; геологические даны в скобках.

Структуры и примерный состав обломочных, глинистых и смешанных пород

Структура и фракция — размер частиц	Примерный состав
1. Крупнообломочная (псефиты) — крупнее 2 мм	Обломки любых скальных пород
2. Среднеобломочная — песчаная (псаммиты) — 0,05-2 мм	Преобладает кварц, может присут-ствовать полевой шпат, прочих минералов совсем мало
3. Мелкообломочная — пылеватая (алевриты) — 0,002-0,05 мм	Кварц — практически вся фракция
4. Микрозернистая — глинистая (пелиты) — менее 0,002 мм (менее 0,005 мм)	Каолинит, монтмориллонит, глау-конит и другие глинистые мине-ралы, кварц, лимонит
5. Смешанная — обломочно-пес-чаная, песчано-глинистая и др.	Различные смеси частиц 1—4-й фракций

Известна, что чем мельче раздроблен материал, тем быстрее он растворяется и вступает в химические реакции. Поэтому среди об-ломков крупного размера (глыб, валунов, щебня, гальки) встреча-ются почти все породы за исключением наиболее растворимых — гипса, ангидрита, каменной и других солей. Среди обломков средних размеров встречаются в основном кварц — самый устой-чивый к выветриванию минерал, реже полевой шпат, еще реже другие минералы. Среднеобломочные породы — это пески.

Среди мелкообломочных (пылеватых) частиц почти не встреча-ются другие минералы, кроме кварца. Породы — лёсс, алеврит, алевролит.

Микрозернистые породы сложены каолинитом, монтморилло-нитом, гидрослюдами и другими глинистыми минералами. По-роды — чистые глины.

Смешанные породы — чаще всего смесь песчаной, пылеватой и глинистой фракции — это глины, суглинки и супеси. Широко используются термины «песчано-глинистые» и «глинистые по-роды», употребляемые как синонимы.

Процентное весовое содержание частиц различных фракций на-зывается гранулометрическим составом (грансоставом) . Для его определения образец грунта пропускается через набор сит с даль-нейшим взвешиванием каждой фракции. Далее по небольшому на-бору правил породе дается формально правильное название. Это относится к несцементированным крупнообло-мочным, песчаным и отчасти некоторым глинистым породам, о чем речь пойдет ниже.

Подразделение крупнообломочных и песчаных грунтов

Разновидности крупнообломочных грунтов и песков	Размер частиц, мм
Крупнообломочные:
валунный (глыбовый)	>200	> 50
галечниковый (щебнистый)	> 10	> 50
гравийный (дресвяный)		> 50
Пески:
гравелистый
крупный	>0,50	> 50
средней крупности	>0,25	> 50
мелкий	> 0,10
пылеватый	>0,10	< 75

Правильное присвоение названия песчаным и глинистым грунтам — важная задача геологии и грунтоведения. От типа грунта (фактически от наименования) зависят различные табличные зна-чения параметров, входящих в расчеты оснований, что важно для проектировщиков. Поэтому грансостав наряду с другими лабора-торными свойствами грунтов является одним из важнейших пока-зателей свойств и в массовом порядке определяется при прове-дении изысканий.

Как можно видеть, все начинается в горных условиях с выветри-вания, обвалов и осыпания угловатых каменных обломков — так образуются природные глыбы и щебень. В процессе выветривания (химического) образуются также глинистые минералы , которые легко уносятся водой, а если разрушаются очень распространенные в природе граниты и гнейсы, то образуется также обломочный кварц с частицами песчаного и пылеватого размера.

Схема образования обломочных пород

За счет силы тяжести, склоновых процессов, временных водных потоков и рек угловатый обломочный материал попадает на мор-ское побережье. Здесь к нему добавляется материал, образующийся за счет разрушения берега волнами. В зоне прибоя каменный мате-риал дополнительно дробится, обломки округляются, образуются валуны , галечник , гравий , песок и кварцевая пыль — материал алев-ритов. Часть материала растворяется. Волнением и морскими тече-ниями осадки относит на большую глубину, где, возможно, проис-ходят цементадия и превращение в сцементированные аналоги — конгломераты , гравелиты , песчаники , алевролиты.

Аналогичные процессы в меньших масштабах могут происхо-дить за счет геологической работы горных рек, ледников и водно-ледниковых потоков. Если отсутствует фаза округления, то при це-ментации угловатого материала могут возникать осадочные брекчии.

Тектонические брекчии образуются в зонах тектонических нару-шений. Обломочный материал получается при перемещении тек-тонических блоков вдоль плоскостей разломов, а цементация — за счет выделения химического осадка из подземных вод, легко циркулирующих по раздробленной зоне.

ОСАДОЧНЫЕ ОБЛОМОЧНЫЕ, ПЕСЧАНЫЕ, ГЛИНИСТЫЕ И СМЕШАННЫЕ (ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫЕ) ПОРОДЫ

Обломочные породы и их классификации

К этим классам относятся всем хорошо знакомые сыпучие породы - песок, щебень, галечник, гравий; сцементированные породы, среди которых самым известным является песчаник, а также глинистые породы - глина, суглинки, супеси.

Названные породы сильно отличаются друг от друга по составу и свойствам, но в природе переход от обломочных пород к глинистым очень постепенный, с большим количеством смешанных разностей, что задает необходимость рассмотрения данных классов в рамках одного раздела.

Классификация. В разделе рассматривается пять классов пород - крупнообломочные, песчаные, мелкообломочные, глинистые и смешанные. Для краткости условимся называть их всех вместе обломочными и глинистыми. Как можно видеть, все они классифицируются по размеру, форме обломков, цементации и связности (табл. 3.5).

Осадочные обломочные, глинистые и смешанные породы

Таблица 3.5

Структура и размер частиц, мм	Название породы
	Текстура
	Несцементированная		Сцементированная
	Угловатые	Округлые	Угловатые	Округлые
1. Крупнообломочные: более 1000			Глыбовая	Глыбовый конгломерат
	Неока - танные валуны (камни)		Валунная	Валунный конгломерат
		Галечник		Конгломерат
				Гравелит
2. Среднеобломочная - песчаная (0,05-2):	Пески (по преобладающей фракции): гравелистый (грубый)		Песчаники (по преобладающей фракции): гравелистый (грубый)
	пылеватый (тонкий)		пылеватый (тонкий)
3. Мелкообломочная - пылеватая: 0,002...0,05			Алевролит
4. Микрозернис- тая - глинистая: менее 0,002 (0,005)			Аргиллит
5. Смешанная	Песок пылевато-глинистый со щебнем и гравием, галечник с песчаным гравийным заполнителем и др.		Конгломерат песчанистый, гравелит песчанистый и др.		суглинок,

Состав. Эти породы состоят из продуктов механического и химического разрушения и преобразования других пород на поверхности земли. В подавляющем большинстве случаев они являются почвообразующим материалом, на них осуществляется большая часть строительства и прочего природообустройства, их чаще других называют словом «грунт».

В составе обломочных и глинистых пород выделяется три основные составные части - обломки, цемент и глинистый материал.

1. Обломочный материал - главная составная часть обломочных пород - каменный материал в составе глыб, валунов, гальки, гравия, щебня, песчинки, образующие песок, кварцевая минеральная пыль. Все это может быть представлено различными скальными или полускальными породами, и название исходной породы может быть только упомянуто - щебень гранитный, галечник известняковый, песок кварцевый. Булыжник, бут, голыш, брусчатка - естественный или специально обработанный и подобранный камень размером в десятки сантиметров, применяемый в строительстве для мощения дорог и кладки фундамента.

По форме выделяют два основных типа обломков - угловатые и округлые, также существует несколько переходных типов между ними (рис. 3.12).

Рис. 3.12. Каменные обломки различной формы: а - угловатые; б - округлые (окатанные); в - полуокатанные

Широко распространенную морену принято называть щебнистым суглинком, в то время как имеющиеся в ней каменные включения скорее ближе к округлой гальке, чем к угловатому щебню.

1.1. Обломки угловатой формы. Они образуются при выветривании и отламывании кусков от коренной монолитной породы.

В природе данный процесс интенсивнее всего развит на склонах; образующиеся в результате него обломки скапливаются у подножья склонов, образуя каменные осыпи. При горизонтальном рельефе угловатые обломки остаются на своем месте, и процесс выветривания быстро затухает с глубиной. Так образуются коры выветривания (рис. 3.13).

Рис. 3.13.

Породы осыпей и кор выветривания в зависимости от размеров обломков называют глыбами, щебнем, дресвой, хрящом. Они могут служить строительным материалом в местах своего распространения, хотя реально используемые в строительстве щебень, глыбы и т.п. значительно чаще являются искусственно дроблеными камнями, добываемыми в карьерах при помощи взрывов. На их основе можно получить более прочные материалы для строительства, чем при использовании выветрелого и трещиноватого естественного камня, тем более что большинство населения России проживает на равнинных территориях, где эти осыпи и коры выветривания практически отсутствуют.

• 1.2. Округлые (окатанные ) обломки приобретают такую форму в результате обработки водой (морским прибоем, реками, водноледниковыми потоками), реже - ветром. Из угловатых глыб образуются валуны, из щебня - галька, из дресвы (мелкого щебня) - гравий. Чем мельче обломки, тем чаще они бывают округлыми. Например, пески с угловатыми обломками в природе встречаются, но крайне редко. Пылеватая фракция - кварцевые обломки размером 0,002-0,05 мм всегда округлые. Из-за мелких размеров они начинают демонстрировать коллоидные свойства - легко слипаются между собой, а будучи взмученными, медленно оседают в воде.
• 2. Цемент. Некоторые породы в природе напоминают по своему сложению такие известные искусственные материалы, как отвердевший цементный раствор или бетон, тем, что состоят из каменных обломков, скрепленных между собой цементом. Не исключено, что идея создания бетона была заимствована людьми в природе. Природный цемент сходен по составу с некоторыми химическими осадочными породами. Он бывает карбонатным, кремнистым, сульфатным, железистым и глинистым - тогда его называют глинистым заполнителем. Карбонатный цемент сходен по составу с химическим известняком и определяется по реакции с кислотой. Кремнистый - наиболее прочный и твердый из цементов, иногда он имеет жирный блеск, с кислотой не реагирует. Сульфатный - не прочен, он царапается ногтем, изредка на нем видны сахаровидные кристаллы. Железистый цемент узнается по ржавому цвету. Глинистый цемент царапается ногтем, размокает в воде.

Образование цемента возможно двумя путями:

• 1) в морских условиях при одновременной аккумуляции химического осадка вместе с обломками;
• 2) за счет выпадения в осадок химического материала из подземных вод внутри обломочной толщи после ее накопления.

Породы с наиболее распространенными типами цементации представлены на рис. 3.14.

Рис. 3.14. Породы с различными типами цемента: а - базальный цемент; б - поровый цемент; в - контактовый

3. Глинистые минералы. В крупнообломочных породах глинистые минералы могут играть роль заполнителя между каменными частицами и фактически являться цементом. При смешении глинистых минералов с песчаным и мелкообломочным материалом образуются так называемые глинистые породы - суглинки, супеси и природные глины. Глинистые минералы приобретают при этом роль главного компонента, придавая всей смеси свойства глинистых пород, главные из которых - влагоемкость, водонепроницаемость и связность - способность делаться пластичной при увлажнении и твердой при высыхании.

Структура, гранулометрический и минеральный состав. Эти характеристики тесно связаны между собой. Структура материала определяется в зависимости от размеров частиц. Частицы определенного размера принято называть фракциями. Границы фракций взяты по ГОСТ 25100-2011 «Грунты», они с очень небольшими изменениями повторяют границы, принятые в геологической литературе, отличаются лишь названия фракций; геологические даны в скобках (табл. 3.6).

Таблица 3.6

Структуры и примерный состав обломочных, глинистых и смешанных пород

Структура и фракция - размер частиц	Примерный состав
1. Крупнообломочная (псефиты) - крупнее 2 мм	Обломки любых скальных пород
2. Среднеобломочная - песчаная (псаммиты) - 0,05-2 мм	Преобладает кварц, может присутствовать полевой шпат, прочих минералов совсем мало
3. Мелкообломочная - пылеватая (алевриты) - 0,002-0,05 мм	Кварц - практически вся фракция
4. Микрозернистая - глинистая (пелиты) - менее 0,002 мм (менее 0,005 мм)	Каолинит, монтмориллонит, глауконит и другие глинистые минералы, кварц, лимонит
5. Смешанная - обломочно-песчаная, песчано-глинистая и др.	Различные смеси частиц 1-4-й фракций

Известно, что чем мельче раздроблен материал, тем быстрее он растворяется и вступает в химические реакции. Поэтому среди обломков крупного размера (глыб, валунов, щебня, гальки) встречаются почти все породы за исключением наиболее растворимых - гипса, ангидрита, каменной и других солей. Среди обломков средних размеров встречаются в основном кварц - самый устойчивый к выветриванию минерал, реже полевой шпат, еще реже другие минералы. Среднеобломочные породы - это пески.

Среди мелкообломочных (пылеватых) частиц почти не встречаются другие минералы, кроме кварца. Породы - лёсс, алеврит, алевролит.

Микрозернистые породы сложены каолинитом, монтмориллонитом, гидрослюдами и другими глинистыми минералами. Породы - чистые глины.

Смешанные породы - чаще всего смесь песчаной, пылеватой и глинистой фракции - это глины, суглинки и супеси. Широко используются термины «песчано-глинистые» и «глинистые породы», употребляемые как синонимы.

Процентное весовое содержание частиц различных фракций называется гранулометрическим составом (грансоставом ). Для его определения образец грунта пропускается через набор сит с дальнейшим взвешиванием каждой фракции. Далее по небольшому набору правил породе дается формально правильное название (табл. 3.7). Это относится к несцементированным крупнообломочным, песчаным и отчасти некоторым глинистым породам, о чем речь пойдет ниже.

Таблица 3.7

Подразделение крупнообломочных и песчаных грунтов

Правильное присвоение названия песчаным и глинистым грунтам - важная задача геологии и грунтоведения. От типа грунта (фактически от наименования) зависят различные табличные значения параметров, входящих в расчеты оснований, что важно для проектировщиков. Поэтому грансостав наряду с другими лабораторными свойствами грунтов является одним из важнейших показателей свойств и в массовом порядке определяется при проведении изысканий.

Происхождение обломочных пород схематично показано на рис. 3.15.

Как можно видеть, все начинается в горных условиях с выветривания, обвалов и осыпания угловатых каменных обломков - так образуются природные глыбы и щебень. В процессе выветривания (химического) образуются также глинистые минералы , которые легко уносятся водой, а если разрушаются очень распространенные в природе граниты и гнейсы, то образуется также обломочный кварц с частицами песчаного и пылеватого размера.

Рис. 3.15.

За счет силы тяжести, склоновых процессов, временных водных потоков и рек угловатый обломочный материал попадает на морское побережье. Здесь к нему добавляется материал, образующийся за счет разрушения берега волнами. В зоне прибоя каменный материал дополнительно дробится, обломки округляются, образуются валуны, галечник, гравий, песок и кварцевая пыль - материал алевритов. Часть материала растворяется. Волнением и морскими течениями осадки относит на большую глубину, где, возможно, происходят цементация и превращение в сцементированные аналоги - конгломераты, гравелиты, песчаники, алевролиты.

Аналогичные процессы в меньших масштабах могут происходить за счет геологической работы горных рек, ледников и водноледниковых потоков. Если отсутствует фаза округления, то при цементации угловатого материала могут возникать осадочные брекчии.

Тектонические брекчии образуются в зонах тектонических нарушений. Обломочный материал получается при перемещении тектонических блоков вдоль плоскостей разломов, а цементация - за счет выделения химического осадка из подземных вод, легко циркулирующих по раздробленной зоне.

Искусственный галечник, искусственный пляж. При необходимости увеличения площади естественного галечного пляжа на побережье завозится щебень и сбрасывается в прибойную зону. Скорость округления обломков зависит от крепости исходной породы и обычно составляет несколько месяцев, после чего пляж вновь готов для использования. Искусственный пляж необходимо регулярно пополнять щебнем и защищать от размыва, так как в природе постоянно идут процессы перетирания гальки и уноса ее морскими течениями. Наращивание площадей песчаных пляжей выполняется аналогичным образом, но предохранение их от размыва еще сложнее.

Текстура обломочных, песчаных и смешанных пород. Породы этой группы обладают большим разнообразием текстур и сложения в силу разнообразия самих пород (табл. 3.8).

С точки зрения плотности сложения породы могут быть плотными, пористыми, микро- и макропористыми, трещиноватыми и выветрелыми. Плотными текстурами среди пород этой группы обладают только хорошо сцементированные брекчии, конгломераты, гравелиты, песчаники и алевролиты. Пористыми за счет промежутков между обломками и частицами являются все несцементированные породы - валунники, галечник, щебень, гравий, песок, алеврит и пр. Микропористые - все глинистые породы за счет невидимых невооруженным глазом микропор.

Пористость несцементированных обломочных и глинистых пород может составлять 20-35% и превышать 50% у лессов. Широко применяемые термины (плотная глина, плотный песок и т.п.) являются относительными и обозначают минимальную пористость этих пород, составляющую 10-25% объема. Для песчаных и глинистых пород пористость измеряется при изысканиях и является показателем, по которому вычисляется сжатие этих пород в основании сооружений.

По взаимному расположению частиц обломочные породы, как и большинство осадочных пород, бывают слоистыми и неслоистыми. Сильно уплотненные слоистые разности иногда называют сланцеватыми из-за внешнего сходства с группой метаморфических сланцев. В отличие от них осадочные сланцеватые породы размокают.

По связям между частицами (эту характеристику можно отнести и к структуре) обломочные породы определяются как несцементированные (сыпучие, рыхлые), сцементированные и связные (рыхлые). Термин «связные» употребляется в отношении песчаноТаблица 3.8

Текстуры и некоторые особенности сложения осадочных обломочных, глинистых и смешанных (обломочно-глинистых) пород

Вид текстуры	Характеристика
1. Текстура, определяемая плотностью сложения
1.1. Плотная	Поры не видны, в сухой образец вода не впитывается - сцементированные обломочные породы
1.2. Микропористая	Присуща глинистым породам. Точно пористость определяется в лаборатории. Некоторые образцы легкие
1.3. Пористая, мелкопористая, кавернозная	Поры видны невооруженным глазом. Это присуще слабосцементированным и несцементированным породам
1.4. Макропористая	Термин используется только в отношении лёссов, обладающих не только микропористостью, но и видимыми невооруженным глазом порами диаметром около 1 мм, называемыми макропорами
1.5. Трещиноватая	В породе имеются трещины
1.6. Вы ветрел ая	Трещины и пустоты в породе расширены в результате процессов выветривания. Порода ослаблена
2. Текстуры, определяемые по взаимному расположению частиц в породе
2.1. Слоистая: а) макрослоистая	Видна только в обнажении по изменению цвета, состава, сложения породы
б) мелкослоистая	Бывает видна в образцах
в) сланцеватая	Тонкая мелкая слоистость глинистых пород тугопластичной и твердой консистенции. Образцы разламываются на плитчатые блоки по напластованию
2.2. Неслоистая	Породы не обладают слоистостью - лёсс, морена
3. Текстуры, определяемые по связям между частицами
3.1. Сцементированная	Частицы породы скреплены между собой цементом
3.2. Несцементированная (сыпучая, рыхлая)	Частицы породы не скреплены между собой
3.3. Связная (рыхлая)	Присуща глинистым породам. Порода связана за счет коллоидных связей между частицами. Порода пластична при замачивании, становится твердой при высыхании, но не является ни монолитным, ни сыпучим материалом

глинистых пород. Они не представляют собой ни скальный, ни сыпучий материал. Они пластичны и текучи при увлажнении и становятся почти твердыми при высыхании.

Гидрогеологические и инженерно-геологические свойства сцементированных обломочных пород. Сцементированные породы могут быть как плотными непроницаемыми, так и пористыми, проницаемыми для воды - все зависит от соотношения промежутков между обломками и количеством цемента. Они могут быть также трещиноватыми, а если в составе сцементированной породы имеются карбонатные или сульфатные составляющие, возможно развитие карста, что дополнительно увеличивает проницаемость. Эти породы обладают обычными свойствами скальных и полускальных пород. Как основание они достаточно прочные и несжимаемые. Как материал для дробления на щебень широко используются только песчаники и алевролиты, хотя возможно использование и крупнообломочных пород. Для получения красивой облицовочной плитки применяются мраморные брекчии, для получения плитки, укладываемой на пол, - песчаники и алевролиты. Крепкий, хорошо сцементированный песчаник используется даже для изготовления ступеней, так как дает хорошую шероховатую поверхность. Тонкослоистые разности песчаника не требуется пилить - они дают природную плитку неправильной формы и подходят для укладки на дорожки.

Гидрогеологические и инженерно-геологические свойства несцементированных обломочных пород. Все несцементированные породы обладают хорошей проницаемостью, водообильностью, образуют водоносные горизонты, пригодные и удобные для эксплуатации. Чем крупнее обломки, тем больше проницаемость, тем больше коэффициенты фильтрации (см. ч. II, табл. 8.1). Галечники, щебень, гравий по своей проницаемости уступают только сильно пористым, трещиноватым и закарстованным скальным породам.

Пески - тоже проницаемая порода. Размеры песчинок варьируют от 0,05 до 2 мм. Также в десятки раз варьирует коэффициент фильтрации - он максимален у гравелистых песков и минимален у пылеватых.

Наибольшей распространенностью среди несцементированных обломочных пород обладают пески. Они часто залегают на поверхности, образуя грунтовые водоносные горизонты. Пески часто встречаются в разрезе, а будучи перекрыты сверху глинистыми породами образуют межпластовые водоносные горизонты пресных вод. Для целей проектирования строительства крупнообломочные грунты и пески в соответствии с ГОСТ 25100-2011 классифицируются по гранулометрическому составу, степени водонасыщения, пористости и некоторым другим показателям, определяемым лабораторно.

Наличие заполнителя из глины или органики сильно снижает проницаемость несцементированных пород. Галечники с глинистым заполнителем превращаются, по сути дела, в слабопроницаемые породы. Проницаемость глинистых песков с органикой уменьшается в десятки раз по сравнению с аналогичными породами без заполнителя. Как основание и среда сооружений несцементированные породы обычно не представляют сложностей, за исключением пылеватых и мелких песков, способных к проявлению плывунных свойств и морозному пучению. Валуны, глыбы, галечники, щебень, гравий - слабо сжимаемое основание.

Обломочные породы сформированы при выветривании уже существующих горных пород, которые были перенесены в различные местности оттуда, где они были первоначально, и затем превратились в горные породы. Они имеют обломочную структуру, сложенную обломками (большие обломки, подобные песку или гравию), и классифицируются по размеру зерен. В таблице 7.1 перечислены различные обломочные породы вместе с размерами их частиц.

Обломочные породы сложены обломками других пород. Эти обломки пород возникли при выветривании и затем были снесены в пониженные участки местности или в расщелины, где попались в ловушку в качестве осадков. Если осадок оказался достаточно глубоко погребенным, он становится уплотненным и сцементированным, образуя осадочную породу.

Обломочные осадочные породы выстраиваются в ряд по размеру частиц от микроскопических глинистых пород до валунов. Их названия основаны на размере их обломков или зерен. Начиная с самых мельчайших зерен, каковыми являются глины, затем алевриты, затем песок. Обломки больше чем 2 мм называются галькой или щебнем.

Аргиллит – это порода, сложенная в основном глинистыми частицами, алевролит сложен зернами алевритового размера, песчаник – зернами песка, а конгломерат – галькой, засыпанной песком или илом.

Грубозернистые обломочные породы

Гравий (размер зерен больше 2 мм; округлые обломки = конгломерат; угловатые обломки = брекчия).

Среднезернистые обломочные породы Песок (размер зерен от 0,05 до 2 мм).

Песчаник (в основном кварцевые зерна = кварцевый песчаник или кварцевый аренит; в основном полевошпатовые зерна = аркоз; в основном зерна фрагментов горных пород размером с песок = лититовый песчаник, литаренит или гравуакка).

Цемент (клей, который удерживает все это вместе), подобный кальциту, окислам железа, кремнезему.

Тонкозернистые обломочные породы

Алеврит и алевролит (размер зерен от 0,005 до 0,05 мм). Глина, аргиллит и глинистый сланец (размер зерен < 0,005 мм).

Отложение этих типов осадочных пород различными потоками – это то, о чем вы могли бы догадаться. Крупный гравий и галька переносятся только сильными потоками. Есть стремительные горные потоки, скалистые берега с высокими волнами и талые воды ледников. Сильные ледниковые потоки также переносят песок. Это то, почему вы обычно видите песок между гравием и гальками. Гальки и маленькие камешки спотыкаются друг о друга и очень быстро становятся гладкими, подпрыгивая по земле или в воде. Береговые гальки и осколки битого стекла, постоянно перекатываемые прибоем взад и вперед, также становятся гладкими и округлыми.

Грубообломочная порода, которая не так явно гладкая и перемытая – это не конгломерат, а брекчия. Эти остроугольные фрагменты пород встречаются вблизи их источника, где осадочные породы были напластованы друг на друга до того, как были перемещены очень далеко. Хотя некоторые брекчии осадочные по происхождению, другие образуются из магматических пород при вулканизме. Они были отложены на слое осадочных пород после первого выброса во время извержения или были мгновенно раздроблены вдоль разлома во время землетрясения.

Обломочные породы- осадочные породы, которые возникли в результате механического разрушения каких-либо пород и накопления образовавшихся обломков. Они состоят из обломков различных пород и минералов.

Классификации обломочных пород.Классификации обломочных пород базируются на структуре обломков и реже на минеральном составе. Чаще применяются классификации, в основу которых положены структурные признаки - размер и форма обломков.

Нижняя граница обломочных пород проводится по размеру 0,005 мм, так как ниже именно этого размерного интервала большинство обломочных частиц теряет признаки первичных пород и минералов, из которых они образованы. И обладая большой суммарной поверхностьючастиц относительно объема, подвергаются окислению, гидратации, гидролизу и замещению новообразованными минералами, преимущественно слоистыми силикатами-глинистыми минералами и хлоритами. Эти частицы, лежащие за пределами размера 0,005 мм, образуют осадки и породы, структуры которых определяются как пелитовые, а сами осадки и породы через структурное название именуются пелитами. С учетом новообразованных, преимущественно глинистых минералов пелитолиты называются также глинистыми породами.

Обломочные осадки и горные породы из частиц крупнее 0,005 ммразделяются по размеру обломков на три группы. Самые мелкие от термина «алеврит», получили название алевритов и алевролитов: следующие по крупности от термина «псаммит», введенного А.Т. Броньяром в 1813 г.,- это псаммиты и псаммитолиты, чаще всего называемые песками и песчаниками. И самые крупные от термина «псефит», предложенного А.Т.Броньяром в том же 1813 г.,-это псефиты и псефитолиты, называемые также крупно -, грубообломочными породами .

Основу грубообломочных пород составляют обломки горных пород различного минерального состава и генезиса: магматические, метаморфические и осадочные. Более мелкие (пески и алевриты) представлены обломками отдельных минералов.

По минеральному составу различают: мономиктовые породы - в которых один минерал составляет не менее 95 %, олигомиктовые - преобладающий минерал составляет 75-95 % и полимиктовые - ни один из минералов не составляет 75 %.

Решающим доказательством существования реальных подразделений внутри обломочных осадков и пород, наличия границ между ними и положения последних является распространение обломочных пород разной крупности в литосфере.

По величине обломков выделяют:

1) грубообломочные породы (псефиты), состоящие в основном из обломков диаметром более 2,0 мм;

2) среднеобломочные (псаммиты), состоящие из обломков диаметром от 2,0 до 0,05 мм;

3) мелкообломочные (алевриты), состоящие из обломков диаметром от 0,05 до 0,005 мм;

4) глинистые породы (пелиты), состоящие в основном из частиц диаметром менее 0,005 мм(см. таблицу) .

Таблица 1 - Классификация обломочных пород

обломков,	Структура	Рыхлая структура	Сцементированная структура
угольные	Окатанные	угольные	Окатанные
Название породы
	Псефитовая (грубообломочная)
		Галечник
			Дресвяник	Гравелит
	Псаммитовая (среднеобломочная)		Песчаник
	Алевролитовые (мелкообломочная)		Алевролит
	Пелитовая (тонкообломочная)	Пелит (глина)	Аргиллит

Грубообломочные породы.К ним относят породы, состоящие из обломков размером от 2,0 мм до нескольких метров в поперечнике. В зависимости от структуры и текстуры выделяются следующие разновидности пород.

Глыбы -угловатые обломки размером свыше 200 мм, щебень -угловатые обломки размером от 200 до 40 мм и дресва - от 40 до 2,0 мм. Если же обломки указанных размеров окатанные, то их соответственно называют валунами, галькой и гравием (см. приложение А).

Сцементированныйщебень и дресва называются брекчией.Особого внимания заслуживают рудные брекчии, в цементе которых нередко присутствуют промышленные скопленияруд меди, свинца, цинка и других металлов, а сцементированные галька и гравий -конгломератом.

Конгломераты широко распространены среди древних морских отложений. В конгломератах встречаются промышленные концентрации золота и урана(рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 Ледниковый конгломерат и песчаник. Воложинский район около аг. Раков (фото автора)

Среднеобломочные породы.К ним относят широко распространенные в природе пески и песчаники. Пески представляют собой рыхлые скопления обломков размером от 2,0 до 0,05 мм, а песчаники -сцементированные между собой обломки той же величины (см.приложение А).

Мелкообломочные породы.К мелкообломочным породам относятся породы, состоящие из обломков размерами от 0,05 до 0,005 мм. Рыхлые скопления таких обломков называются алевритами, а сцементированные - алевролитам.

Одним из широко распространенных представителей алевритов является лёсс-светлая желтая порода, состоящая из обломков кварца и полевых шпатов.

Алевролиты - сцементированные породы разнообразной окраски, часто имеют тонкослоистое плитчатое строение (см. приложение Б).

Смешанные породы.К ним относятся супеси, содержащие наряду с песчаными до 20-30% глинистых частиц, и суглинки, в которых количество глинистых частиц увеличивается до 40-50%. Соответственно с этим меняются и свойства пород, что, прежде всего, выражается в уменьшении пластичности при намокании от глин к пескам (см. приложение В).

Глинистые породы.Наиболее распространенными осадочными породами являются глинистые, на долю которых приходится больше 50% от объема всех осадочных пород.

Глинистые породы в основном состоят из мельчайших (меньше 0,02 мм) кристаллических зерен глинистых минералов. Кроме того, в их состав входят столь же мелкие зерна хлоритов, окислов и гидроокислов алюминия, глауконита, опала и других минералов, являющихся продуктами химического разрушения различных пород и отчасти глинистых минералов. Третья составляющая глинистых пород - разнообразные обломки размерами меньше 0,01 мм .

Образуются глинистые породы в результате химических процессов, ведущих к накоплению глинистых минералов, и одновременном приносе мельчайших обломочных частиц.

По степени литифицированности среди глинистых пород выделяются глины, и аргиллиты - сильно уплотненные глины(см.приложение Г).