Группа глинистых пород. Основные понятия и определения

Глинистые породы - один из самых распространенных осадочных образований. По объему они составляют до 60% всех осадочных горных пород. По своему происхождению они занимают промежуточное положение между чисто химическими, к которым более близки, и обломочными.

Глины - это породы, которые состоят из мельчайших частиц (меньше 0,01-0,001 мм), притом в основной части непременно из глинистых минералов, присутствием которых именно и обуславливаются все специфические свойства глин.

Главнейшие составные части - глинистые минералы и тонкодисперсионный обломочный материал - пелит (размер частиц менее 0,01 мм).

Глинистые минералы - основа глинистых пород - это главным образом, представители слоистых силикатов. Они состоят из тетраэдрических, октаэдрических и других кристаллических сеток, чередующихся определенным образом в каждом из минералов.

Глинистые частицы в основной своей массе имеют размер менее 0,004 мм. В качестве примесей в глинистых породах присутствуют алевритовые, в меньшей степени песчаные зерна

Наиболее обычные примеси – алеврит и песок, представленны зернами кварца, полевых шпатов, мусковита, кальцита, доломит, оксиды и сульфиды железа, углефицированные растительные остатки, фосфаты и некоторые другие соединения. Суммарное их содержание в глинах составляет до 50%.

На основании различий в строении, составе и свойствах, глинистые минералы объединяются в четыре основные группы: каолинита, гидрослюды, монтмориллонита и хлорита, получившие название по ведущему минералу. Кроме того выделяются смешанослойные образования, состоящие из структурных слоев нескольких типов (например: гидрослюдистых и монтмориллонитовых), и представляющих собой переходные разности от одного минерала к другому.

В группу каолинита входят каолинит Al₂O₃*2SiO₂*2H₂O, диккит, накрит и галлуазит Al₂O₃*2SiO₂*4H₂O. Галлуазит через метагаллуазит может переходить в каолинит, т.к. он обладает большей способностью к обмену оснований. Каолинит - характеризуется ничтожной обменно-поглотительной способностью и поэтому устойчив в зоне выветривания.

Представители группы гидрослюд - гидрослюда (иллит) и глауконит. Гидрослюды связаны постепенными переходами с другими минералами (каолинитом). В целом, гидрослюды характеризуются изменчивым химическим составом, не набухают, и  имеют небольшую способность к катионному обмену.

Группы монтмориллонита - монтмориллонит  (Al₂O₃*4SiO₂*H₂O+nH₂O), бейделит (Al₂O₃,3SiO₂*3H₂O(Al → Fe)), нонтронит (Fe₂O₃*4SiO₂*H₂O+nH₂O), сапонит (3MgO*4SiO₂*H₂O+nH₂O) (это магнезиальный монтмориллонит, замещение Al → Mg).

В группу хлорита - входят шамозит и хлориты, среди которых различают железистую, железисто-магнезиальную и магнезиальную разновидности.

Глинистые породы обладают рядом свойств и признаков, отличающих их от остальных осадочных отложений. Физические свойства глин: они могут размокать в воде, во влажном состоянии им свойственна пластичность - способность под влиянием внешних сил приобретать форму (без нарушения целостности) и сохранять ее. При прочих условиях наиболее пластичен монтмориллонит.

Глины способны поглощать воду, преимущественно пресную, т.е. обладают гидроскопичностью и за счет этого значительно увеличиваться в объеме (до 40-70%). При высыхании они растрескиваются, а в некоторых случаях превращаются в мелкую щебенку. Глины обладают способностью скреплять различные тела, и это свойство используется при приготовлении различных цементов, применяемых в строительстве. Они обладают адсорбцией - свойством поверхностного слоя поглощать отдельные компоненты из жидкой и газовой фаз. Глины обладают огнеупорностью – способность противостоять без плавления действию высоких температур. В приповерхностной зоне и на небольших глубинах (до 500-1000м) породы имеют высокую пористость - 25-40%, иногда достигающую 50% и более. Глины слабо проницаемы для жидкостей и газов.

Глинистые минералы в чистом виде белые или бесцветные, поэтому в отсутствии хромофоров породы имеют белую окраску, иногда с желтым или светло-серым оттенком. Бурый и красный цвета разной интенсивности и оттенков обусловлены присутствием окисных соединений железа. Черная и серая, различной интенсивности и оттенков - содержание органических соединений или тонкодисперсных сульфидов железа. Присутствие повышенного количества хлорита и зеленых слюд часто придают породам серо-зеленую окраску.

В природных условиях глинистые породы залегают в виде ограниченных по размерам прослоев, линз, а так же мощных (несколько 10 и 100 м) пластов и пачек, имеющих региональное распространение. Нередко наблюдается тонкое переслаивание глинистых пород с обломочными и карбонатными, при этом мощность отдельных прослоев может составлять доли сантиметров.

↑ Условия образования

Глинистые минералы, участвующие в строении осадочных горных пород, имеют различный генезис. В соответствии с этим глинистые породы подразделяются на две равные по распространению группы: элювиальные (или остаточные) и осадочные. В каждой из них выделяются группы фаций в зависимости от обстановки накопления глинистого вещества.

Глинистые минералы наиболее часто возникают в результате:

- разложения алюмосиликатов магматических и метаморфических пород в коре выветривания;

- подводного химического выветривания (гальмиролиз);

- химического осаждения из растворов.

Кроме того, они образуются в осадках и горных породах на стадии диагенеза, катагенеза и генерации минералов.

↑ Преобразование глинистых пород

Глины разнообразны по составу глинистых минералов, аргиллиты же слагаются в основной своей массе гидрослюдами и хлоритами с примесью смешаннослойных образований.

Пелитовая часть в аргиллитах, так же как и в глинах, представлена кварцем, полевым шпатом, слюдами. Дальнейшее воздействие физических и химических факторов приводит к превращению аргиллитов в глинистые или кровельные сланцы, филлиты и другие образования. Т.о. аргиллиты - продукт первой стадии изменения глин на пути их превращения в метаморфические породы. Промежуточное положение между осадочными породами - аргиллитами - и метаморфическими породами занимают глинисто-слюдяные сланцы или филлиты, состоящие из крупных пластинок слюды, зерен кварца, хлоритов с примесью полевого шпата, рутила, пирита, гранатов. Однако эти породы обнаруживают столь значительное влияние термальных или динамических изменений, что их правильнее не включать в число осадочных.