Посібник Інженерна геологія

---

3.2.2. Особливості осадових порід

Осадові породи значного мірою відрізняються від інших гірських порід за рядом ознак: це шаруватість залягання, пористість, характерний мінеральний та хімічний склад, залежність складу і властивостей від кліматичних умов, вміст органічних залишків.

Шаруватість – це властивість утворювати своєрідну макротекстуру – специфічну форму залягання осадових гірських порід. Віділяють такі форми:

– шари (пласти, верстви) – однакові за складом, кольором та розміром часток значної потужності (найкоротша відстань між покрівлею і підошвою) та протяжності з чітко вираженими площинами нашарування – покрівлею і підошвою; це поверхні що відокремлюють його від молодого і давнього шарів;

– прошарки – шари невеликої потужності і протяжності;

– пропластки –  шари невеликої потужності, але значної протяжності; .

– лінзи – це поклади значної потужності, але незначної протяжності.

Декілька шарів невеликої потужності складають пачку. Група шарів різної потужності, що мають спільний склад та вік, називається товщею.

У більшості випадків осадові гірські породи морського походження мають горизонтальне залягання шарів. Континентальні накопичення характеризує велика кількість лінз, виклинювання шарів, похиле залягання, фаціальне заміщення. Під впливом повітряних або водяних течій утворюються асиметричні знаки брижів. Останні зазвичай перекриті іншими накопиченнями („поховані”)

Шаруватість виникла внаслідок зміни умов утворення (періодична зміна складу матеріалу, перерва в накопиченні і т. ін.).

Пористість – це наявність великого об’єму пор у складі породи. Ця властивість характерна для більшості осадових порід, за виключенням хімічних осадів. Пори бувають дрібні, середні, великі та каверни. Загальна величина пористості мулу досягає 70¼80%, глини, суглинку – 40¼60%, лесів –  48¼52%, пісків – 35¼40%;  пісковиків – 10¼15%. Пористість – це відношення об’єму пор Vп до об’єму всієї породи V, тобто

n=Vп / V

Частіше користуються коефіцієнтом пористості, який показує відношення об’єму пор до об’єму твердих часток Vч в породі:

e=Vп / Vч

За мінеральним і хімічним складом осадові породи також відрізняються від магматичних і метаморфічних. Крім первинних мінералів (кварцу, слюди) до складу осадових порід входить значна кількість вторинних мінералів (каолініт, гіпс, кальцит). У багатьох випадках вторинні мінерали відіграють головну роль (в глинах, наприклад). Загалом склад осадових порід значно бідніший, ніж магматичних, але вивчати його важче, тому що в них крім кристалічних, зустрічаються аморфні мінерали, а також, пилуваті, глинисті і колоїдні частки. За хімічним складом значну частину осадових порід складають карбонати, сульфати, зустрічаються також силікати, оксиди, галоїди, фосфати.

Кліматичні умови утворення порід накладають відбиток на їх властивості. Так, у пустелях відклади уламкових порід мають яскраве забарвлення; відклади хімічних осадів у холодних морських басейнах світло-сірого кольору. Присутність вапняків-черепашників у прохолодних зонах свідчить про те, що колись там був теплий клімат, оскільки тільки в теплих морях проживають організми, що поглинають із води вуглекислий калій, з якого будують свої скелети. Хімічні осади утворюються лише в умовах сухого клімату, а уламкові – континентального.

Характерною властивістю осадових порід є також наявність у їх складі органічних речовин – залишків флори і фауни у вигляді скам’янілостей та відбитків.

3.2.3. Структура і текстура

.

Структура осадових порід досить різноманітна. Серед уламкових порід за розмірами уламків або часток виділяють такі види структури:

– грубоуламкова (псефітова), коли в складі породи переважають уламки або частки Æ> 2 мм;

– піщана (псамітова) – Æ 0.05¼2мм;

– пилувата (алевритова) – Æ 0.05¼0,005мм;

– глиниста (пелітова) – Æ < 0.005мм;

За формою зерен структури розділяють на кутасту, круглясту і напівкруглясту

Серед піщаних порід виділяють гравелисту, крупно -, середньо-та дрібнозернисту структури.

Структура хімічних і біохімічних порід буває рівномірнозерниста, різнозерниста, листкувата, волокниста, голчаста, та ін.

Досить різноманітною буває також і текстура осадових порід: безладна брекчієподібна (брекчія, конгломерат), листкувата, черепитчаста, зоогенна (вапняк – черепашник), фітогенна (торф), смугаста. За щільністю виділяють щільну (хімічні осади) та пористу (переважна більшість порід) текстури.

3.2.4. Класифікація уламкових порід

В основу класифікації приймають розмір уламків і їх форму .Виділяють грубоуламкові, піщані, пилуваті та глинисті уламкові осадові породи.

Грубоуламкові породи.

До складу цієї групи входять кутасті (брили, щебінь, жорства) та круглясті (валуни, галька, гравій) уламки різних гірських порід. Розмір уламків перевищує 2 мм. Ці пухкі сипкі поклади залягають шарами, найбільша кількість їх припадає на гірські, прибережні райони, річкові долини, райони льодовикових відкладів. Грубоуламкові породи широко застосовують у будівельному виробництві.

Піщані породи.

Піщані породи створюють здебільшого сипкі накопичення, що складаються з часток розміром від 2 до 0,05 мм у кількості не менш як 50%. Переважають стійкі до вивітрювання мінерали – це кварц, польові шпати, слюди та ін. Інколи зустрічаються мономінеральні породи, наприклад кварцові піски. Шкідливими домішками у пісках є оксиди заліза, гіпс, глинисті мінерали і слюди. Колір піщаних порід різноманітний, частіше білий, сірий, бурий. Середня щільність 1,80 г/см³, питома вага 2,64 г/см³.

За розміром зерен піски поділяються на грубозернисті (2…0,5мм), середньозернисті (0,5…0,25мм), дрібнозернисті (0,25…0.1мм), пилуваті (0,1…0.05мм).

За походженням піски бувають річкові, вітрові, озерні, морські. Піски розповсюджені скрізь, мають велике практичне значення, використовуються як будівельний матеріал, а також у різних галузях промисловості.

Пилуваті і глинисті породи.

Пилуваті і глинисті частки є основними складовими суглинків, супісків та глин. За вмістом цих часток названі породи відрізняються одна від одної (див. табл. 3.).

Таблиця 3

Класифікація глинистих порід.

Глинисті породи складають більше як 50% загального об’єму осадових порід. Вони часто використовуються як основа для фундаментів, мають складні  деформативні властивості.

Представниками пилуватих порід є широко розповсюджені в Україні (біля 70% території) лесові породи. Серед лесових порід найчастіше зустрічаються типові леси, як первинна порода, та лесові суглинки, як вторинна.

Лес – це пилувата порода, що містить до 70% часток розміром 0.05…0.005 мм, палевого кольору, має високу (до 50…52 %) пористість (макропористий). Частки лесу – це кварц, польові шпати, слюди, в невеликій кількості каолініт, рідше монтморилоніт. В значній кількості (до25 %) містяться кальцит і гіпс. Питома вага лесу 2,5…2,66 г/см³, щільність – 1,2…1,5 г/см³. Дещо меншу пористість та вищу щільність (до 1,8 г/см³) мають лесові суглинки делювіального походження. Власне леси утворилися внаслідок перенесення вітром пилових часток в умовах сухого клімату.

Внаслідок широкого розповсюдження лесових порід вони досить часто є основою будівель і споруд. Але будівельні властивості їх досить складні – при замочуванні водою леси здатні до просадковості тобто, додаткових деформацій внаслідок руйнування структури при дії навантаження від споруди чи від власної ваги.

Глини. Якщо у складі глинистої порода міститься більш як 30% глинистих часток (розміром менше 0,005 мм), то вона називаються глиною. До складу глин входять такі породотворні глинисті мінерали як каолініт, монтморилоніт, гідрослюди. Забарвлення у глини різноманітне: сіре, темно-сіре, буре, червонувате, зеленкувате, біле, пістряве (залежно від домішок оксидів заліза, органічних речовин та ін.). У сухому стані глини тверді, міцні і щільні, у вологому – пластичні і навіть – текучі. Монтморилонітові глини при зволоженні збільшуються у своєму об’ємі (набрякають). Щільність глини 1,8…2,1 г/см³.

Глини поділяються на пісні (з невисоким вмістом глинистих часток) та масні (з високим їх вмістом), на осадові (утворюються шляхом осідання глинистих часток у воді) та залишкові (утворюються шляхом хімічного вивітрювання ортоклазу і залишаються на місці утворення, наприклад каоліни). Глини використовуються для вироблення цегли, кераміки, в’яжучих, фарб і вогнетривів. Шкідливими домішками у морських глинах є гіпс та пірит.

Зцементовані породи.

Пухкі уламкові породи у природних умовах можуть не тільки ущільнюватися, але й зцементовуватися за рахунок природних цементуючих речовин, котрі випадають із циркулюючих підземних розчинів. Такі речовини за своїм складом можуть бути глинистими, карбонатними, залізистими, кремнеземистими. Найміцнішим є кремнеземистий цемент, найслабкішим – глинистий.

До зцементованих порід належать конгломерати, брекчії, піщаники, алевроліти та аргіліти.

Конгломерат і брекчія – складаються із зцементованої гальки та щебеню відповідно. Щільність їх 1,5…2,9 г/см³, міцність від 50 до 1600 кг/см². Значне коливання міцності пов’язане зі складом уламків, типом цементуючої речовини та ін. Використовуються як будівельний, облицювальний матеріал, при виготовленні цементів.

Піщаники (пісковики) утворюються шляхом цементування пісків. Найміцніші піщаники з кремнеземистим цементом. Забарвлення різноманітне: сіре, буре, біле та ін. Щільність 1,8…2,5 г/см³, міцність від 50 до 2000 кг/см². Будівельні властивості піщаників погіршуються, якщо в них зустрічаються домішки піриту, лимоніту, глини. Кремнеземисті піщаники використовуються при виготовленні вогнетривів, як стіновий, кислотостійкий матеріал і т. ін.

Аргіліти – темні, каменеподібні глини, що не розмокають у воді. В них глиниста речовина частково перейшла в хлорит, мусковіт та інші мінерали. Використовуються як неміцний будівельний матеріал.

Пірокластичні породи

Ці породи утворюються із твердих вулканічних продуктів (вулканічного попелу, піску і т. ін.), які, випадаючи на земну поверхню, утворюють накопичення з прикметами як магматичних, так і осадових порід. До пірокластичних порід належать вулканічні туфи та вулканічний попіл.

Вулканічний попіл це пухке, слабко зцементоване накопичення твердих вулканічних часток (пил, пісок та ін.). У його складі переважає вулканічне скло, присутні також деякі мінерали, уламки гірських порід.

Вулканічний туф складається з дрібних уламків ефузивних порід і магматичних мінералів, що зцементовані попелом. Колір білий, сірий, рожевий. Щільність 0,7…1,4 г/см³, пористість досягає 70%, міцність 80…100 кг/см² і більше. Туфи широко використовують як стіновий та облицювальний матеріал.

3.2.5. Хімічні та змішані породи

Хімічні породи утворюються при випадінні із розчинів хімічних осадів. Це відбувається у водах морів, континентальних басейнів з перенасиченими розчинами, соляних джерел та ін. До хімічних порід належать такі групи:

– карбонатні (вапняки, вапнякові туфи, доломіти);

– сульфатні (гіпси, ангідрити);

– галогенові (кам’яна сіль);

– фосфатні (фосфорит, апатит);

– силікатні (кремнистий туф).

Вапняки являють собою найпоширеніші осадові породи. До їх складу входить мінерал кальцит і частково доломіт; присутні також кварц, пірит, глинисті мінерали. Колір різноманітний – сірий, білий, жовтуватий та ін.

За структурою бувають землисті, щільні, мармуроподібні, а також черепашники. В основі класифікації вапняків лежить їх походження: органогенні (біохімічні), хімічні, уламкові та змішані.

 Хімічні вапняки виникають шляхом випадіння карбонатів з водяних розчинів. Типовими представниками є вапняковий туф, масивні та оолітові вапняки.

 Вапнякові туфи – це пористі відклади, які утворюються в місцях виходів підземних вод. У сухому стані мають міцність до 800 кг/см².

Оолітові вапняки складаються з дрібних круглястих зерен кальциту, зцементованих кальцитовим цементом: утворюються в морях, залягають шарами. Міцність низька – 160…200 кг/см².

Найміцнішими є щільні, масивні, інколи мармуроподібні вапняки, що утворюються за рахунок випадання із перенасичених розчинів та зазнають ущільнення під дією маси накопичених пізніше порід.

Уламкові вапняки складаються з уламків вапнякового матеріалу, зцементованого зернистим кальцитом. Це перевідкладені породи.

Змішані вапняки мають досить поширене розповсюдження. За складом це матеріал органогенного, хімічного та уламкового походження. Найхарактернішим представником є мергель. Мергель має світлий колір, складається з карбонатних та глинистих мінералів із різноманітними домішками. Структура тонкозерниста. Мергель має морське походження і залягає товщами. В атмосферних умовах швидко вивітрюється, розтріскується і руйнується. Властивості мергелю залежать від вмісту глинистих домішок. Щільність 1,9…2,5 г/см³, міцність щільних різновидів досягає 600 кг/см².

Вапняки мають широке практичне використання як стіновий та облицювальний матеріал, сировина для одержання вапна, цементу та ін.

Доломіти складаються з однойменного мінералу доломіту з домішками кальциту, гіпсу, кварцу та ін. Колір сірий, білий, червонуватий. Структура зерниста, щільна. Щільність 2,7…2,9 г/см³, міцність 1000…1400 г/см². Найміцнішими є кремнисті різновиди доломітів. Їх використовують як будівельний камінь, для одержання вогнетривів, у металургійній промисловості.

Гіпс складається із однойменного мінералу з домішками ангідриту, глинистих та інших мінералів. Колір білий, сірий, зеленкувато-сірий, червонуватий. Структура грубозерниста, волокниста. Щільність 2,2 г/см³, міцність менш ніж 200 кг/см².

Ангідрит являє собою щільну зернисту породу білого, сірого, блакитнувато-сірого кольору. Щільність 2,8…2,9 г/см³, міцність 600…800 кг/см². Залягає разом з гіпсом, переважно у нижній частині товщі хімічного походження .Під впливом води ангідрит переходить в гіпс; процес супроводжується збільшенням об’єму до 33%.

Кам’яна сіль складається з мінералу галіту, утворюється в мілководних лагунах шляхом осідання із перенасичених розчинів. Залягає у вигляді шарів та покладів великого розміру.

3.2.6. Органогенні (біохімічні) породи.

Утворюються породи внаслідок накопичення і перетворення залишків тваринного світу (зоогенні) і рослин (фітогенні). До зоогенних відносять вапняк-черепашник, крейду та інші, до фітогенних – трепел, опоку, діатоміт, торф, яшми; до цієї групи належить також кам’яне вугілля, нафта, асфальт та інші.

Органогенні породи відрізняються високою пористістю, більшість з них розчиняється у воді, мають високу стисливість, наприклад, торф.

Органогенні вапняки утворюються за рахунок накопичення вапняних залишків організмів. Поширені вапняки-черепашники, що мають високу пористість. Щільність їх коливається від 1,2 до 3,1 г/см³.

Різновидом органогенних вапняків є крейда, вона складається з залишків черепашок та скелетів дрібних морських організмів.

Діатоміт – слабкозцементована, дуже пориста порода білого, світло-сірого кольору, утворилася із скелетів морських і озерних водоростей (діатомей). Складається з опалу, завжди містить домішки глинистого матеріалу. Загальний вміст кремнезему досягає 80…95%.

Трепел схожий на діатоміт, але відрізняється невеликим вмістом незмінених органічних залишків. Легка, землиста порода. Складається з опалу з домішками глинистих часток. Колір білий, світло – сірий, бурий, чорний. Щільність 0,25…1,0 г/см³.

Діатоміти і трепели залягають шарами. Мають вогнетривкі, кислотостійкі, звуко-, та теплоізоляційні властивості, служать сировиною для виробництва цементу, цегли.

Опока – тверда пориста порода, містить до 10% кремнистих залишків водоростей та морських організмів, а також глинистий матеріал, кварц. Колір жовтий, темно-сірий, чорний. Легка, крихка порода. Зовні схожа з мергелем, залягає шарами.

Торф – утворився під водою без доступу повітря із рослинних залишків, які розклалися і обвуглились не повністю. Рослинні залишки ще виразно розрізняються, змішані з піском і глиною. Торф має високу вологість, високу пористість та стисливість під навантаженням. Колір чорний, чорно-бурий. Щільність 0,6…1,1 г/см³. Залягає шарами, лінзами. В сухому стані може горіти.