Skały klastyczne to skały osadowe, które powstały w wyniku mechanicznego zniszczenia jakichkolwiek skał i nagromadzenia powstałych fragmentów. Składają się z fragmentów różnych skał i minerałów.
Klasyfikacja skał klastycznych Klasyfikacja skał klastycznych opiera się na strukturze klastów i, rzadziej, na składzie mineralnym. Częściej stosuje się klasyfikacje oparte na cechach strukturalnych - wielkości i kształcie fragmentów.
Dolną granicę skał klastycznych wyznacza wielkość 0,005 mm, gdyż poniżej tego szczególnego przedziału wielkości większość cząstek klastycznych traci cechy pierwotnych skał i minerałów, z których powstały. A mając dużą całkowitą powierzchnię cząstek w stosunku do objętości, ulegają one utlenianiu, hydratacji, hydrolizie i zastępowaniu przez nowo powstałe minerały, głównie warstwowe minerały krzemianowo-ilaste i chloryty. Cząstki te, leżące powyżej wielkości 0,005 mm, tworzą osady i skały, których struktury określa się jako pelityczne, a same osady i skały poprzez swoją nazwę strukturalną nazywane są pelitami. Ze względu na nowo powstające minerały ilaste, pelitity nazywane są także skałami ilastymi.
Osady klastyczne i skały zbudowane z cząstek większych niż 0,005 mm dzieli się na trzy grupy ze względu na wielkość fragmentów. Najmniejsze z określenia „muł” nazywane są mułami i mułowcami, kolejne największe pochodzą od wprowadzonego przez A.T. Brongniarów z 1813 roku stanowią psammity i psamitolity, zwane najczęściej piaskami i piaskowcami. A największymi z terminu „psefit”, zaproponowanego przez A.T. Bronyara w tym samym 1813 r., są psefity i psefitolity, zwane także grubymi, grubymi skałami klastycznymi.
Podstawą skał gruboklastycznych są fragmenty skał o różnym składzie mineralnym i genezie: magmowych, metamorficznych i osadowych. Mniejsze (piaski i muły) reprezentowane są przez fragmenty poszczególnych minerałów.
Ze względu na skład mineralny wyróżnia się skały monomiktyczne - w których jeden minerał stanowi co najmniej 95%, skały oligomiktyczne - minerał przeważający wynosi 75-95% oraz skały polimiktyczne - żaden z minerałów nie stanowi 75%.
Decydującym dowodem na istnienie rzeczywistych jednostek w obrębie osadów i skał klastycznych, obecności granic między nimi oraz położenia tych ostatnich jest rozmieszczenie skał klastycznych różnej wielkości w litosferze.
Ze względu na wielkość fragmentów wyróżnia się:
1) skały gruboklastyczne (psefity), składające się głównie z fragmentów o średnicy większej niż 2,0 mm;
2) średnioklastyczny (psammit), składający się z fragmentów o średnicy od 2,0 do 0,05 mm;
3) drobnoklastyczny (mułowce), składający się z fragmentów o średnicy od 0,05 do 0,005 mm;
4) skały ilaste (pelity), składające się głównie z cząstek o średnicy mniejszej niż 0,005 mm (patrz tabela).
Tabela 1 - Klasyfikacja skał klastycznych
gruz, |
Struktura |
Luźna struktura |
Cementowana struktura |
||
węgiel |
Bułczasty |
węgiel |
Bułczasty |
||
Nazwa rasy |
|||||
Psefityczny (gruboklastyczny) |
|||||
Kamyk |
|||||
Dreswianik |
Gravelit |
||||
Psammitowa (średnioklastyczny) |
Piaskowiec |
||||
Mułowiec (drobny klastyk) |
Mułowiec |
||||
Pelityk (drobny klastyk) |
Pelit (glina) |
Argillit |
Skały gruboklastyczne, czyli skały składające się z fragmentów o średnicy od 2,0 mm do kilku metrów. W zależności od budowy i tekstury wyróżnia się następujące rodzaje skał.
Bloki to fragmenty kątowe o średnicy powyżej 200 mm, kruszywo to fragmenty kątowe o średnicy od 200 do 40 mm, a gruz - od 40 do 2,0 mm. Jeśli fragmenty o wskazanych rozmiarach są zaokrąglone, nazywa się je odpowiednio głazami, kamykami i żwirem (patrz dodatek A).
Na szczególną uwagę zasługują brekcje cementowe i gruz kruszony, na szczególną uwagę zasługują brekcje rudowe, których cement często zawiera przemysłowe nagromadzenia miedzi, ołowiu, cynku i innych metali, a cementowane otoczaki i żwiry są zlepieniami.
Konglomeraty są szeroko rozpowszechnione wśród starożytnych osadów morskich. Konglomeraty zawierają przemysłowe koncentracje złota i uranu (rysunek 1.2).
Rysunek 1.2 Konglomerat lodowcowy i piaskowiec. Rejon Wołożyn koło ag. Rakow (fot. autora)
Skały średnioklastyczne, do których zaliczają się szeroko rozpowszechnione w przyrodzie piaski i piaskowce. Piaski to luźne nagromadzenia fragmentów o wielkości od 2,0 do 0,05 mm, a piaskowce to fragmenty o tej samej wielkości sklejone ze sobą (patrz Załącznik A).
Skały drobnoklastyczne Do skał drobnoklastycznych zaliczają się skały składające się z fragmentów o wielkości od 0,05 do 0,005 mm. Luźne nagromadzenia takich fragmentów nazywane są mułowcami, a spiekane – mułowcami.
Jednym z szeroko rozpowszechnionych przedstawicieli mułów jest less, jasnożółta skała składająca się z fragmentów kwarcu i skaleni.
Mułowce to skały cementowe o różnej barwie i często o cienkowarstwowej strukturze płytowej (patrz Załącznik B).
Skały mieszane Należą do nich gliny piaszczyste, które zawierają wraz z piaskiem do 20-30% cząstek iłów oraz iły, w których liczba cząstek iłów wzrasta do 40-50%. W związku z tym zmieniają się właściwości skał, co przede wszystkim wyraża się w spadku plastyczności po zamoczeniu z glin do piasków (patrz dodatek B).
Skały gliniaste Najczęstszymi skałami osadowymi są skały ilaste, które stanowią ponad 50% objętości wszystkich skał osadowych.
Skały ilaste składają się głównie z drobnych (poniżej 0,02 mm) krystalicznych ziaren minerałów ilastych. Ponadto zawierają równie drobne ziarna chlorytów, tlenków i wodorotlenków glinu, glaukonitu, opalu i innych minerałów, które są produktami chemicznego niszczenia różnych skał i częściowo minerałów ilastych. Trzecim składnikiem skał ilastych są różne fragmenty o średnicy mniejszej niż 0,01 mm.
Skały ilaste powstają w wyniku procesów chemicznych prowadzących do akumulacji minerałów ilastych i jednoczesnego wprowadzenia drobnych cząstek klastycznych.
Ze względu na stopień lityfikacji wśród skał ilastych wyróżnia się iły, a mułowce są iłami silnie zagęszczonymi (patrz Załącznik D).
Klasyczne skały osadowe powstały w wyniku mechanicznego nagromadzenia fragmentów wcześniej istniejących skał.
Skały klastyczne składają się z fragmentów różnych skał i minerałów. Skład mineralny fragmentów wchodzących w skład skał klastycznych jest odmienny i nie jest decydujący w nazwie tej podgrupy skał. Ważne jest dla nich ustalenie struktury, o której decyduje przede wszystkim wielkość i kształt fragmentów oraz obecność cementu.
Skład cementu może być:
· krzemionkowy,
· Limonka,
· marglowaty,
· gliniasty,
· glaukonit,
· bitumiczny,
· gruczołowy itd.
Oprócz zwykłego cementu jest trudny(połączenie dwóch lub więcej substancji cementowych). Cementy zazwyczaj łatwo rozpoznać: wapienny – poprzez reakcję z kwasem solnym, krzemionkowy – po dużej twardości i lekko oleistym połysku, żelazisty – po brązowej barwie, ilasty – po stosunkowo łatwej nasiąkaniu, bitumiczny – po zapachu itp.
Ze względu na wielkość fragmentów wyróżnia się następujące rodzaje skał (tab. 7):
1) fragmenty grube (wielkość fragmentów przeważających > 2 mm),
2) średnioklastyczny (0,1–2 mm),
3) drobnoklastyczny lub pylisty (< 0,1 мм).
1. Klasyki grube skały (psefity, psephos, gr. – otoczaki) – skały składające się z fragmentów o wielkości od 2,0 mm do kilku metrów średnicy.
W zależności od budowy i tekstury wyróżnia się następujące skały gruboklastyczne:
Grudki– nagromadzenie fragmentów kątowych o średnicy powyżej 100 mm.
Skruszony kamień– nagromadzenie fragmentów kątowych o średnicy od 100 do 10 mm, oraz gruz– od 10 do 2 mm.
Bloki, tłuczeń i gruz zwykle występują w pobliżu podłoża skalnego, z którego zostały utworzone.
Tabela 7
Podstawowe skały osadowe klastyczne
Nazwa podgrupy skał klastycznych | Rozmiar gruzu, mm | Budowa i nazwa skał | |||
bezcementowy | cementowany | ||||
z niezaokrąglonych fragmentów | z zaokrąglonych fragmentów | z niezaokrąglonych fragmentów | z zaokrąglonych fragmentów | ||
Gruboklastyczny | > 100 | Grudki | Głazy | Brekcja | Konglomerat Gravelite |
100–10 | Skruszony kamień | Kamyk | |||
10–2 | Dreswa | Żwir | |||
Średnioklastyczny (piaszczysty) | 2–1 | Piaski | Gruboziarnisty | Piaskowiec (odpowiednia wielkość ziarna) | |
1–0,5 | Gruboziarnisty | ||||
0,5–0,25 | Średnioziarniste | ||||
0,25–0,10 | Drobnoziarnisty | ||||
Drobnoklastyczny (mulisty) | 0,1–0,05 | Muł | Gruboziarnisty | Mułowiec | |
0,05–0,01 | Drobnoziarnisty |
Otoczak– nagromadzenie głazów, zaokrąglonych fragmentów o średnicy większej niż 100 mm. Głazy powstają, gdy bloki są przetaczane przez wodę. Trawa bulderowa rośnie w dolinach górskich oraz wzdłuż skalistych brzegów mórz i oceanów.
Kamyk– skupisko otoczaków – zaokrąglonych fragmentów o średnicy od 100 do 10 mm.
Żwir– nagromadzenie zaokrąglonych fragmentów o średnicy od 10 do 2 mm.
Otoczaki i żwiry powstają w wyniku ścierania i toczenia się bloków, głazów i pokruszonych kamieni w wyniku przemieszczania się wody z rzek, jezior i mórz. Szczątki niesione przez rzekę toczą się, przybierając kształt jajowaty, a poruszane przez fale jezior i mórz ulegają ścieraniu, często przybierając kształt plackowaty (płaski).
Jako materiały budowlane stosuje się kamyki, żwir, tłuczeń kamienny, głazy, bloki. Z ich złożami często kojarzą się umieszczacze diamentów, złota i platyny.
Brekcja– skała gruboziarnista, składająca się ze spojonych fragmentów o ostrych kątach (bloki, tłuczeń, gruz). Fragmenty, zarówno pod względem składu mineralogicznego, jak i wielkości, mogą być jednorodne lub niejednorodne (ryc. 8a).
Konglomerat– skała gruboziarnista, składająca się ze spojonych zaokrąglonych fragmentów (kamyki, żwir, głazy). Skład fragmentów, ich wielkość i cement mogą się różnić. Wykorzystuje się je jako materiał budowlany (ryc. 8b).
A) |
B) |
Przy identyfikacji grubych skał należy wziąć pod uwagę następujące kwestie:
1) wielkość odłamków, granice wahań ich średnic i przeważającą wielkość;
2) kształt fragmentów;
3) skład gruzu;
4) w przypadku skał cementowych należy także zwrócić uwagę na skład cementu, wytrzymałość i gęstość zacementowania.
2. Średnioklastyczny(psamitowe) skały. Należą do nich piaski i piaskowce (psamos, gr. – piasek).
Piaski– sypkie o uziarnieniu od 2 do 0,05 mm, piaskowce– fragmenty tej samej wielkości, sklejone ze sobą.
W zależności od wielkości odłamków piaski i piaskowce dzielimy na:
· gruboziarnisty (1–2 mm),
· gruboziarnisty (0,5–1 mm),
· średnioziarnisty (0,25–0,5 mm),
· drobnoziarnisty (0,1–0,25 mm).
Skład piasków jest często kwarcowy (kwarc jest najbardziej stabilnym minerałem). Ziarna kwarcu można mieszać z ziarnami skaleni, miki, glaukonitu, kalcytu, magnetytu, tlenków żelaza itp. Jeżeli w skale dominuje któryś z powyższych minerałów, nazwę piasku podaje się według tego minerału.
Piaskowce w zależności od składu cementu, jaki może występować
· gruczołowy,
· wapienny,
· krzemionkowy,
· gliniaste itp.
Najsilniejsze są piaskowce krzemionkowe, składające się z ziaren kwarcu. Piaskowce ilaste (zawierające w cemencie przeważnie substancje ilaste) są miękkie, łatwo nasiąkają i rozpadają się pod wpływem mrozu. Substancją spajającą piaskowce wapienne są węglan wapnia, często z domieszką dolomitu. Im lepiej cement jest skrystalizowany, tym silniejszy jest piaskowiec.
Gęstość piasku wynosi 2,6–2,80 g/cm3. Porowatość piasków w stanie luźnym waha się od 27 do 62%. Barwa piasków i piaskowców zależy od barwy przeważających fragmentów oraz od barwy substancji cementującej (tlenki żelaza zabarwiają je na kolor ochrowo-żółty).
Piaski według pochodzenia może być:
· jezioro,
· morze,
· rzeka,
· wiatr,
· wodnolodowcowe.
Piaski i piaskowce są często kojarzone z bogatymi złożami złota, platyny, magnetytu i diamentu. Piaski i piaskowce kwarcowe znajdują zastosowanie w przemyśle szklarskim, ściernym, ceramicznym i metalurgicznym. Piaski i piaskowce wykorzystuje się także w budownictwie.
3. Drobne klasyki, lub muliste (mulaste) skały. Przedstawicielami skał mulistych są lessy, iły i gliny piaszczyste. Pierwsze z nich należą do mułów drobnoziarnistych (aleuron, francuski – mąka), drugie – do gruboziarnistych. Ich powstawanie wiąże się z działalnością wiatrów, przepływów czasowych i stałych.
1.5.2.2. Chemiczne i organogeniczne skały osadowe
Chemiczne skały osadowe powstają w wyniku wytrącania chemicznego strącania z roztworów wodnych. Do skał tych należą: różne wapienie, tufy wapienne, dolomit, anhydryt, gips, sól kamienna itp. Cechą wspólną jest ich rozpuszczalność w wodzie i pękanie.
Organogeniczne skały osadowe powstają w wyniku nagromadzenia i przekształcenia szczątków zwierzęcych i roślinnych, charakteryzują się znaczną porowatością i rozpuszczają się w wodzie. Do skał organogenicznych zalicza się: skały wapienne, okrzemkowe itp.
Zdecydowana większość ras z tych dwóch grup ma pochodzenie mieszane (biochemiczne).
Grupy skał chemicznych i organogenicznych dzieli się zwykle na podgrupy ze względu na skład:
· węglan,
· krzemionkowy,
· gruczołowy,
· halogenek,
· siarczany,
· fosforan itd.
Skały palne lub kaustobiolity.
Skały węglanowe
Wapień – skała składająca się z minerału kalcytu. Określa się to poprzez energiczną reakcję z HCl. Kolor biały, żółtawy, szary, czarny. Wapienie mają pochodzenie organiczne i chemiczne.
Wapienie organogeniczne to pozostałości organizmów, które rzadko ulegają całkowitemu zachowaniu, częściej ulegają rozdrobnieniu i przemianie w wyniku kolejnych procesów. Jeśli wapień składa się z całych muszli, nazywa się go wapieniem muszlowym, a jeśli składa się z połamanych łupin, nazywa się go wapieniem detrytusowym.
Rodzaj wapienia organogenicznego to kreda, składający się głównie z drobnych muszli otwornic, sypkiego kalcytu i muszli mikroskopijnych alg pierwotniaków. Kreda– biała ziemista skała powszechnie stosowana jako surowiec do produkcji cementu portlandzkiego, materiału wybielającego i kredy do pisania.
Wapienie pochodzenia chemicznego występuje w postaci gęstych drobnoziarnistych mas:
– wapienie oolitowe– nagromadzenia małych kulek o strukturze muszlowej lub promieniującej, połączonych cementem wapiennym;
– tuf wapienny(trawertyn) to skała silnie porowata, powstająca w miejscach, gdzie wody gruntowe bogate w rozpuszczony wodorowęglan wapnia docierają do powierzchni ziemi, z której po odparowaniu dwutlenku węgla lub ostygnięciu wody szybko wypada nadmiar rozpuszczonego węglanu wapnia;
Formacje spieków kalcytu– stalaktyty, stalagmity (ryc. 9).
Wapień wykorzystuje się jako materiał budowlany, nawóz, w przemyśle cementowym i metalurgii (jako topnik).
Dolomit CaMg(CO3) 2 – składa się z minerału o tej samej nazwie. Wyglądem przypomina wapień, różni się od niego reakcją z kwasem solnym (reaguje w postaci proszku), barwą żółtawo-białą, czasem brązowawą i większą twardością (3,4–4). Dolomity powstają w basenach morskich głównie jako produkty wtórne w wyniku wapienia: rozpuszczony w wodzie magnez oddziałuje i łączy się z kalcytem w wapieniu. Proces ten, zwany dolomityzacją, prowadzi do całkowitego zniszczenia szczątków organicznych. Cienkie warstwy nie są typowe dla dolomitów; często tworzą potężne skaliste klify. Dolomity wykorzystuje się jako topnik, materiał ogniotrwały i nawozy.
Margiel– skała wapienino-gliniasta, składająca się z cząstek kalcytu i gliny (30–50%). Jego kolor jest bladożółty, brązowawo-żółty, biały, szary. Zewnętrznie margiel jest prawie nie do odróżnienia od wapienia; rozpoznaje się go po naturze reakcji z kwasem solnym, którego kropla pozostawia na powierzchni margla brudną, wilgotną lub wybieloną plamę, ze względu na koncentrację cząstek gliny w miejscu reakcji. Margiel powstaje w morzach i jeziorach (ryc. 10).
![](https://i1.wp.com/helpiks.org/helpiksorg/baza6/34735450143.files/image014.jpg)
![](https://i1.wp.com/helpiks.org/helpiksorg/baza6/34735450143.files/image015.jpg)
Skały krzemionkowe
Mogą być pochodzenia chemicznego (tuf krzemionkowy) lub organicznego (krzemień, diatomit, opoka).
Tuf krzemionkowy (gejzeryt) składa się z porowatej (rzadziej gęstej) masy opalu. Kolor rasy jest jasny, czasem różnorodny. Tuf powstaje, gdy na powierzchnię wypływają gorące źródła, w których rozpuszczona jest krzemionka.
Krzemień– drobnoziarnisty, plamisty lub pasmowy kruszywo chalcedonu, kryptokrystalicznej odmiany kwarcu. Powstaje z rozdrobnionych szczątków szkieletowych organizmów krzemionkowych, czyli z żelu krzemionkowego, który stopniowo tracąc wodę i gęstniejąc, zamienia się w opal, a następnie w chalcedon. Często zawiera wtrącenia pozostałości organicznych. Kolor jest przeważnie szary do czarnego lub brązowego, występuje w postaci guzków (guzek) w wapieniach kredowych, nigdy nie tworząc spójnych warstw. W epoce kamiennej krzemień ze względu na dużą twardość (równą 7) służył jako ważny materiał do produkcji broni i narzędzi. Obecnie stosowany jako materiał szlifierski i polerski.
Diatomit- skała porowata, jasna, biała, jasnożółta, luźna lub cementowana, łatwo mielona na drobny proszek, łapczywie wchłania wodę. Składa się z najmniejszych opalowych muszli okrzemek, szkieletów radiolarycznych i igieł gąbczastych, występują w nim ziarna kwarcu, glaukonitu i minerałów ilastych. Stosowany jest jako materiał filtracyjny oraz do produkcji ciekłego szkła. Diatomit powstaje z mułu okrzemkowego znajdującego się na dnie jezior i mórz.
Kolba– krzemionkowa, porowata skała o barwie białej, szarej, czarnej, często posiadająca spękania muszlowe. Najtwardsze jego odmiany rozłupują się pod wpływem uderzenia, wydając charakterystyczny dźwięk dzwonka. Składa się z ziaren opalu i niewielkiej domieszki pozostałości krzemiennych szkieletów organizmów spojonych substancją krzemionkową.
Skały żelazne
Wśród skał tej podgrupy najczęstsze są syderyt (FeCO 3 - dźwigar żelazny) i limonit.
Limonit– mechaniczna mieszanina wodorotlenku żelaza z materiałem piaszczystym lub ilastym. Z wyglądu są to najczęściej rośliny strączkowe (oolitowe) lub masy spiekane. Kolor jest żółty, brązowy, gromadzi się na bagnach i jeziorach, dlatego często nazywany jest rudą bagienną lub jeziorną.
Halogenowe skały
Z skały halogenkowe najczęściej sól kamienna, składający się z minerału halit(NaCl), w naturze ma zazwyczaj kolor szary, czerwono-żółty lub czerwonawy. Sól kamienna występuje przeważnie warstwowo, ma gruboziarnistą strukturę i błyszczy w słońcu. Jedna trzecia wydobywanej soli wykorzystywana jest jako żywność dla ludzi i zwierząt, pozostała część wykorzystywana jest w przemyśle i celach technicznych. W złożu warstwy soli kamiennej często występują naprzemiennie z warstwami Sylwina(KCI).
Skały kwasu siarkowego
Najbardziej rozpowszechnione gips I anhydryt. Powstają w wyniku wytrącania się z roztworów wodnych w płytkich jeziorach i lagunach stref suchych, gdzie w wyniku intensywnego parowania powstają roztwory przesycone.
Sole halogenkowe i siarczanowe występują zwykle w postaci warstw wśród skał ilastych; te ostatnie chronią je przed rozpuszczaniem przez wody gruntowe.
Gips(CaSO 4 ∙ 2H 2 O) – biały lub lekko zabarwiony; gruboziarnisty lub włóknisty, o jedwabistym połysku. Różni się od podobnego anhydrytu, który ma twardość 3–4, mniejszą twardością 1,5–2. Szeroko stosowany w budownictwie. Podczas wypalania gipsu usuwa się z niego 75% wody krystalizacyjnej, jednak jeśli do spalonego gipsu budowlanego doda się wody, szybko ją ponownie wchłonie, przywracając pierwotną zawartość wody, czemu towarzyszy wzrost objętości. Stanowi to podstawę technicznego wykorzystania gipsu jako cementu i materiału wiążącego.
Anhydryt(CaSO 4) - tak nazywa się zarówno sama skała solna, jak i tworzący ją minerał; jest podobny do soli kamiennej, ma barwę biało-szarą, żółtawą, niebieskawą, ale ma drobnoziarnistą strukturę i nie ma słony smak. Znajduje zastosowanie w produkcji nawozów mineralnych oraz w budownictwie. Warstwy anhydrytu stwarzają zagrożenie podczas budowy tuneli, gdyż przedostająca się woda bardzo mocno pęcznieje i w efekcie może ściskać ściany tunelu.
Skały fosforanowe
Należą do nich liczne skały osadowe wzbogacone solami wapniowymi kwasu fosforowego o zawartości P 2 O 5 dochodzącej do 12–40% i większej. Fosforany wapnia są bardziej powszechne apatyt.
Dołączony fosforyty obserwuje się zanieczyszczenia kwarcu, kalcytu, glaukonitu, pozostałości radiolarianów, okrzemek i innych substancji organicznych. Skały fosforanowe występują w postaci kulek i płatów. Powstają zarówno chemogenicznie, jak i biogennie w morzach i na kontynentach (w jeziorach, bagnach, jaskiniach). W morzach fosforyty powstają, gdy osady chemiczne opadają na głębokości od 50 do 150 m . Kolor fosforytów jest szary, ciemnoszary, czarny. Wykorzystuje się je jako surowiec do produkcji nawozów (superfosfatu) i fosforu.
Kaustobiolity
Jest to duża grupa palnych skał węglowych o składzie organicznym i pochodzeniu organogenicznym, dlatego według ścisłej definicji nie są to skały prawdziwe. Z drugiej jednak strony stanowią integralną część stałej skorupy ziemskiej i są częściowo zmienione do tego stopnia, że nie można już ustalić ich organicznego charakteru, dlatego zalicza się je do skał osadowych.
Kaustobiolity powstają w wyniku zwęglenia nagromadzonego materiału roślinnego. Proces karbonizacji polega na stopniowym zwiększaniu względnej zawartości węgla w materii organicznej na skutek wyczerpywania się w niej tlenu (oraz w mniejszym stopniu wodoru). Podwyższone ciśnienia i temperatury związane z procesami górskimi i wulkanicznymi powodują przemiany diagenetyczne i metamorficzne węgli.
Kaustobiolity są stałe (torf, węgiel brunatny, węgiel kamienny, antracyt, grafit, łupki bitumiczne, asfalt, ozokeryt), ciekłe (ropa naftowa) i gazowe (gazy palne). Właściwości stałych kaustobiolitów podano w tabeli. 8.
Tabela 8
Właściwości kaustobiolitów stałych
Torf składa się z częściowo rozłożonych szczątków roślin bagiennych i drzewiastych, zawierających węgiel (35–59%), wodór (6%), tlen (33%), azot (2,3%). Torf to luźna skała o brązowobrązowym lub czarnym kolorze. W zależności od tego, z jakich resztek roślinnych składa się torf, rozróżniają torfowiec, turzyca I torf trzcinowy. W postaci surowej torf zawiera do 85–90% wody, po wysuszeniu do stanu powietrzno-suchego pozostaje w nim do 25% wody. Torf służy do produkcji nawozów i wosku technicznego.
brązowy węgiel zawiera 67–78% węgla, 5% wodoru i 17–26% tlenu. Jest to gęsta, ciemnobrązowa lub czarna masa z ziemistymi pęknięciami, matowym połyskiem i ciemnobrązową smugą. Twardość 1–1,5; gęstość 1,2 g/cm3. Węgle brunatne zawierają domieszki minerałów ilastych, które powodują dużą zawartość popiołu.
Węgiel zawiera do 82–85% węgla. Rasa jest czarna, gęsta, matowy połysk, czarna smuga. Twardość od 0,5 do 2,5; gęstość
1,1–1,8 g/cm3.
Antracyt zawiera 92–97% węgla. Jest to twarda, krucha skała o szaro-czarnym kolorze z mocnym, półmetalicznym połyskiem. Złamanie jest ziarniste, muszlowe. Twardość 2,0–2,5; gęstość antracytu wynosi 1,3–1,7 g/cm3. Kolor kreski jest jasnoczarny. Powstaje pod wysokim ciśnieniem i temperaturą (nie niższą niż 300°C).
Grafit– węgiel krystaliczny; Jest to węgiel silnie przemieniony, ale może być również pochodzenia nieorganicznego.
Łupki naftowe– skały łupkowe, ilaste lub margliste, zawierające materię organiczną w postaci rozproszonego sapropelu (mułu gnilnego). Łupki bitumiczne są cienkowarstwowe i mają kolor ciemnoszary lub brązowy; Powstały w wyniku akumulacji martwych mikroalg i planktonu. Wykorzystuje się je jako paliwo lokalne oraz do produkcji ciekłych i gazowych substancji lotnych, z których uzyskuje się produkty naftowe, gaz, siarkę, olej suszący, ekstrakty garbników, farby i pestycydy do ochrony roślin.
Olej jest mieszaniną węglowodorów ciekłych i gazowych. Udział pozostałych pierwiastków (azot, tlen, siarka itp.) stanowi 1–2%. Z wyglądu jest to oleista ciecz, kolor zmienia się od prawie białego, żółtego do ciemnobrązowego; odpowiednio zmienia się także gęstość – od 0,76 do 1,0 g/cm 3 . Tylko oleje asfaltowe mają nieco większą gęstość.
Bursztyn(C 10 H 16 O) – stwardniała żywica drzew iglastych rosnących 25–30 mln lat temu. Bursztyn jest amorficzny. Jego kolor jest biały, żółty, brązowawy. Twardość 2–2,5. Przezroczysty lub półprzezroczysty. Połysk jest tłusty lub matowy. Gęstość 1,05–1,1 g/cm 3, topi się w temperaturze 300 °C. Spala się wydzielając przyjemny zapach. Po potarciu łatwo ulega elektryzowaniu. Występuje w postaci bloków wśród piaszczystych skał. Stosowany jest w przemyśle jubilerskim oraz w niektórych preparatach medycznych.
Główne skały osadowe pochodzenia organicznego i chemicznego podano w tabeli. 9.
Tabela 9
Główne skały pochodzenia organicznego i chemicznego
Skały klastyczne. Składają się z fragmentów zerodowanych skał lub minerałów, czasem z pozostałościami połamanych kopalnych muszli. Ich klasyfikacja opiera się na wielkości, stopniu okrągłości i cementacji fragmentów (tab. 13 i tab. 14), które zależą od wytrzymałości i odporności podłoża skalnego (zniszczonego) na procesy wietrzenia, a także etapu rozwoju skały: wietrzenie , denudację, akumulację lub diagenezę. Zatem luźne skały z kanciastych luźnych fragmentów są produktami (wynikami) wietrzenia fizycznego; z zaokrągleń – wietrzenie, transfer (denudacja) i akumulacja (sedymentacja) luźnych osadów. Scementowane skały klastyczne przeszły w swoim rozwoju etap diagenezy, podczas którego osadzały się pomiędzy fragmentami minerały węglanowe lub krzemionkowe, bądź drobne minerały klastyczne – iły. Skały luźne są przeważnie młode, czwartorzędowe i zalegają blisko powierzchni, natomiast skały cementowe są starsze. Większość cementowanych, gęstych skał klastycznych gromadzi się na dnie mórz i oceanów, gdzie ostatecznie przenoszonych jest wiele produktów wietrzenia, dlatego takie skały nazywane są również terytorialny(usunięty z kontynentów - ląd). W przypadku skał klastycznych pojęcie „struktury” jest często mylone z „teksturą”, dlatego można po prostu scharakteryzować strukturę skał.
Skruszony kamień I gruz składają się z niezaokrąglonych fragmentów różnych najtrwalszych skał i minerałów i różnią się wielkością fragmentów. Wyróżnia się eluwialne (produkty wietrzenia skał pozostające w miejscu ich powstania) i deluwialne (powstające podczas ruchu i akumulacji fragmentów skalnych na zboczach i u podnóża wzniesień oraz
Tabela nr 12
Charakterystyka szeroko rozpowszechnionych skał osadowych i gleb
Imię i klasa (klastyczny, chemiczny, Biochemiczne) |
Skład mineralny (tworzące skały) i skład chemiczny |
Struktura |
Kolor i inne charakterystyczne właściwości |
Klasa i rodzaj gruntów (według rozkładu wielkości cząstek, przepuszczalności wody, wytrzymałości i ściśliwości, mięknienia, plastyczności, zasolenia, rozpuszczalności itp.) |
|
Tekstura |
Struktura |
||||
Piasek, klastyczny Piaskowiec Konglomerat Wapienie o różnych teksturach Diatomit Sól kamienna Anhydryt |
Ukończono Sprawdzono
Tabela 13
Skały osadowe klastyczne (klucz)
Na wymiar gruz, mm |
Cementowane |
minerały |
Struktura |
||||||||
Ostry kąt |
Bułczasty |
Ostry kąt |
Bułczasty |
Struktura |
Tekstura |
||||||
klastyczny -> 2…>100 |
Grudki > 100 Skruszony kamień - Drezna – |
Konglomerat |
różne rasy |
Strukturę skał cementowych określa cement |
Luźne, zaokrąglone lub nie, klastyczne lub cementowe |
||||||
klastyczny, |
Piaskowce |
kwarc, oliwin, skalenie, granat itp. |
|||||||||
klastyczny, |
Mułowce |
Cząsteczki pyłu kwarcu itp. |
|||||||||
klastyczny |
Mułowce |
Kaolinit, montmorylonit itp. |
Tabela 14
Podstawowe struktury skał klastycznych cementowych
Nazwa grup strukturalnych |
Nazwa głównych struktur |
Cechy |
Wpływ na właściwości skał |
Psefita |
Kamyk Żwir Szczebnowaja Dreswianaja |
Charakterystyka konglomeratów: zaokrąglone fragmenty o wymiarach 10...100 mm Charakterystyka żwirów: zaokrąglone fragmenty o wielkości od 2…10 mm Obserwowany w brekciach i lasach grusowych. Typowy jest niezaokrąglony kształt fragmentów o średnicy 10...100 mm (tłuczeń) i 2...10 mm (tłuczeń). |
Właściwości i stabilność, oprócz wielkości fragmentów, zależą od ich składu mineralnego, charakteru i rodzaju cementu |
Psamitowate |
Grube ziarno Średnioziarniste Drobne ziarno |
Obserwowane w piaskowcach o wielkości ziaren |
Właściwości i stabilność skał, oprócz wielkości fragmentów, zależą od składu mineralnego fragmentów, rodzaju i rodzaju cementu |
Mulisty |
mułowiec mułowiec |
Typowe dla mułowców o wielkości ziaren 0,1…0,05 mm Typowe dla mułowców o uziarnieniu 0,05...0,005 mm |
Nieodporny na warunki atmosferyczne: twardy po wyschnięciu, twardy po zamoczeniu stają się miękkie, pęcznieją pod wpływem wody, czasami nasiąkają, aż do całkowitej utraty spójności |
Pelityk |
Typowe dla mułowców i zbitych glin o grubości mniejszej niż 0,005 mm |
góry), tkwią w idei cienkich pokryw i szlaków u podnóża, pokrywających niemal całą powierzchnię ziemi. Ponieważ najtrwalsze podłoże skalne zachowało się w postaci pokruszonego kamienia i gruzu, osady te mają współczynnik wytrzymałości średnio 1,5.
Kamyczki i żwir Różnią się od kruszywa i gruzu okrągłością fragmentów, która pojawia się podczas długotrwałego transportu na znaczne odległości. Stopień zaokrąglenia i sortowania jest niezwykle różnorodny. Dzielą się na osady rzeczne, jeziorne, morskie i lodowcowe, występujące w postaci warstw i soczewek. Pustki pomiędzy kamykami i żwirem są dość duże. Ziarna żwiru i żwiru praktycznie nie mają zdolności kapilarnego podciągania wody, są jednak wysoce przepuszczalne i łatwo oddają wodę.
Kamyki i żwir mają ogromne znaczenie praktyczne jako łatwo sortowany i przetwarzany materiał budowlany. Stosowane są do przygotowywania betonu, przy budowie dróg oraz przy montażu filtrów w konstrukcjach hydraulicznych.
Piaski- luźna skała składająca się z zaokrąglonych lub ostrych ziaren różnych minerałów i skał o różnych kolorach. Przeważają piaski kwarcowe, ale często występują w nich także ziarna skaleni, mików, magnetytu i innych minerałów. Czasami spotyka się piaski składające się prawie wyłącznie z ziaren dolomitu, magnetytu, łupków, fragmentów muszli lub skał. W zależności od warunków powstawania piaski mogą być rzeczne, jeziorne, morskie, lodowcowe i wydmowe; różnią się uwarstwieniem, okrągłością, składem mineralnym i innymi właściwościami.
Porowatość piasków jest znacznie mniejsza niż porowatość innych skał klastycznych (less, glina); zwykle wynosi 30...40%. Do bardzo ważnych właściwości piasku należy jego zdolność do niezmieniania objętości podczas suszenia i nawilżania oraz zdolność do wchłaniania, przepuszczania i uwalniania wody. Piasek nasycony wodą może przepływać, a na zboczach mogą pojawiać się ruchome piaski. Niezawodnym fundamentem może być piasek nasycony wodą, ale nie posiadający zdolności przemieszczania się i erozji. Piaski charakteryzują się niskim podciąganiem kapilarnym wody. Współczynnik wytrzymałości 0,5...0,6. Współczynnik filtracji 1…1400 cm/h.
Piaski mają duże znaczenie praktyczne jako materiał do celów budowlanych, do produkcji wyrobów ceramicznych, porcelany i szkła; jako materiał filtracyjny w instalacjach wodociągowych i innych celach.
Less- mieszanina drobnych ziaren (0,05...0,005 mm) kwarcu, cząstek gliny i kalcytu, silnie zatomizowana, częściowo w postaci muszelek maleńkich kulek, żółtawobiała, jasna, porowata skała, po zmieleniu zamienia się w proszek. Wyróżnia się dużą spójnością cząstek i może tworzyć strome wielometrowe klify. Less zawiera wiele cienkich pionowych rurek ze śladami korzeni roślin; wiele konkrecji wapiennych (dźwigi lub poczwarki drzewne) o dziwnych kształtach. Typowy less charakteryzuje się brakiem uwarstwienia. Jest szeroko rozpowszechniony na powierzchni ziemi i zajmuje około 4% jej powierzchni. Większość naukowców uważa typowy less za formację eoliczną, istnieją jednak hipotezy dotyczące jego pochodzenia glebowo-eluwialnego, deluwialnego, proluwialnego, a nawet lodowcowo-jeziernego. Less jest glebą specyficzną ze względu na swoje właściwości inżynieryjno-geologiczne: wyschnięta może stanowić podbudowę pod konstrukcje, natomiast zawilgocona ulega silnemu zagęszczeniu, co skutkuje znacznymi osiadaniami. Osiadanie lessu jest konsekwencją jego dużej porowatości i działania wody, która zmienia strukturę lessu. Współczynnik wytrzymałości wynosi 0,8, dla lessu upłynnionego 0,3. Współczynnik filtracji pyłu 0,51…1,62 cm/h.
Gliny– skały drobnoziarniste, zawierające głównie minerały ilaste – produkty chemicznego rozkładu (hydrolizy) krzemianów, głównie skaleni. Razem z minerałami ilastymi
– kaolinit, montmorylonit i inne, iły zawierają domieszki w większych lub mniejszych ilościach cząstek kwarcu, skaleni i innych minerałów, w tym wodorotlenków żelaza – limonitu brunatnego. Skały ilaste występują najczęściej na powierzchni Ziemi oraz wśród skał osadowych i stanowią 50% ich całkowitej objętości.
Gliny Są podzielone na tłuszczowy I chudy. Te pierwsze są tłuste w dotyku, ich kolor jest najczęściej szary, jasnoszary, zielonkawo-szary. Zawartość w nich kaolinitu jest wysoka – od 40 do 70%. Gliny te charakteryzują się dużą odpornością na wysokie temperatury. Druga - glinki chude - są mniej tłuste w dotyku i składają się z drobnych cząstek skaleni i kwarcu oraz kaolinitu w ilości poniżej 40...10%. Malowane są głównie w kolorach żółtym, żółto-brązowym, czerwono-brązowym o różnych odcieniach z tlenkami żelaza.
W zależności od warunków powstawania gliny dzielą się na gliny pierwotne lub resztkowe oraz gliny wtórne lub osadowe. Gliny resztkowe są produktami hydrolizy krzemianów i głównie skaleni. Iły wtórne powstały kosztem iłów pierwotnych poprzez ich poziome przemieszczanie i ponowne osadzanie w zbiornikach i zagłębieniach; wyróżniają się lepszym sortowaniem i zawartością tłuszczu.
Gliny w stanie suchym są twarde i stanowią gęstą skałę, którą można zmielić na proszek. Mają znaczną porowatość; suche gliny energicznie wchłaniają wodę i stając się plastyczne, bardzo powoli ją oddają (patrz tabela 9). Jednocześnie zauważalnie zwiększają objętość - pęcznieją. Glinki charakteryzują się dużą nasiąkliwością - do 70% swojej objętości, podciąganiem kapilarnym, a po nasyceniu wodą - wodoodpornością (wodoodpornością). Przyczyniają się do powstawania osuwisk na odpowiednio stromych zboczach; Zapewniają wodę artezyjską (ciśnieniową) jako warstwę pokrywającą. Pod wpływem obciążenia zewnętrznego nieskonsolidowane odmiany gliny ulegają silnemu ściskaniu, ale ściskanie to zachodzi bardzo powoli i może trwać setki lat. Ciężkie budynki wznoszone na takich glinach mogą powodować znaczne i często nierówne osiadania.
Gleby gliniaste obejmują glina piaszczysta, glina i glina. Glina piaszczysta Jest skałą przejściową od piasków do iłów. Ilość cząstek gliny w nich wynosi 3...10%. Rozwałkowana w dłoniach mokra glina piaszczysta kruszy się. Współczynnik filtracji gliny piaszczystej 0,01…36 cm/h. Ił zawiera więcej cząstek gliny - 10...30%, swoimi właściwościami przypomina glinę, lecz mokra glina pęka przy zwijaniu i zginaniu w rękach. Współczynnik filtracji gliny wynosi 0,06…5,0 cm/h. Glina zawiera ponad 30% cząstek gliny, dzięki czemu sznur mokrej gliny można zwinąć w bajgiel. Współczynnik wytrzymałości gliny wynosi 1,0. Współczynnik filtracji 0,000002… 0,001 cm/h. Glina skały międzywarstwowe i szybko klinuje się nad obszarem dystrybucji.
Gliny kaolinowe wykorzystuje się w przemyśle porcelanowym i papierniczym, gliny tłuszczowe stosuje się jako materiały ogniotrwałe, a gliny uboższe wykorzystuje się do produkcji cegieł, płytek i ceramiki. Gliny folujące, charakteryzujące się zdolnością do wchłaniania tłuszczów i olejów, służą do czyszczenia wełny, sukna itp. Gliny glaukonitowe dają dobrą zieloną farbę mineralną, a gliny żelaziste dają farby czerwone, umbrę, sjenę i ochrę.
Argillit(Lub łupek ilasty) to bardzo zbita, drobnoklastyczna skała ilasta z wyraźnym nawarstwieniem, czasami przechodzącym w foliację. Składa się z drobnych cząstek kaolinitu, płatków muskowitu, chlorytu, drobnych ziaren kwarcu z domieszką cząstek węgla i wodorotlenków żelaza, dlatego często ma kolor od ciemnego do czarnego lub brązowawego. Łupki występują w postaci warstw, poziomych lub pofałdowanych, poprzerywanych uskokami.
Łupki gliniaste są zwykle szeroko rozpowszechnione na obszarach złożonych: na Kaukazie, Uralu itp. Odmiany o ciemnoszarym kolorze, o cienkiej strukturze płytowej, nazywane są łupkami dachowymi. Łupki łupkowe mają czarny kolor ze względu na obecność substancji węglowych. Łupki bitumiczne i bitumiczne to skały arkuszowe o kolorze czarnym i ciemnoszarym, bogate w bitum.
Łupki ilaste charakteryzujące się dobrą separacją cienkich płyt są stosowane jako bardzo stabilne pokrycie dachowe. Stosowane są do wykonywania stopni schodowych, listew przypodłogowych, płytek podłogowych, parapetów, paneli, desek stołowych i umywalek. Zamiast marmuru w elektrotechnice stosuje się łupki niezawierające domieszek minerałów kruszcowych. Odpady z produkcji pokryć dachowych i łupków wykorzystywane są do produkcji asfaltu i sztucznych kamieni drogowych.
Charakterystyka inżynieryjno-geologiczna - łupki ilaste różnią się od iłów znacznie większą twardością. Współczynnik wytrzymałości mocnych łupków ilastych wynosi 4. Tymczasowa wytrzymałość na ściskanie wynosi 60…200 MPa.
Piaskowce– piaski cementowe, gęsto uwarstwione, o różnej wytrzymałości, powstałe w wyniku diagenezy, zagęszczania osadów luźnych pod ciężarem osadów leżących nad nimi. Ze względu na wielkość bezwzględną piaskowce dzielimy na gruboziarniste, średnioziarniste i drobnoziarniste. Składają się głównie z najpowszechniejszego, stabilnego fizycznie i chemicznie kwarcu. W zależności od składu mineralogicznego cementu piaskowce dzielą się na krzemionkowe, wapienne, ilaste, żelaziste i gipsowe (patrz tab. 9, 13 i 14). Występują w postaci warstw i soczewek.
Piaskowce są szeroko rozpowszechnione w Karelii, w środkowych regionach Rosji, w regionie Wołgi i na Uralu. Piaskowce różnią się składem mineralnym ziaren piasku: monomineralny (najczęściej kwarc), polimineralny arkoza (składający się z kwarcu, skaleni i miki) i szarogłaz (składający się z fragmentów różnych skał, amfiboli, kwarcu, skaleni i miki), a także cement (patrz tabela 9).
Piaskowce są szeroko stosowane jako materiał budowlany, zwłaszcza tam, gdzie nie ma innych kamiennych materiałów budowlanych. Jako cenne surowce dinasowe wykorzystuje się odmiany piaskowców bogate w kwas krzemowy (co najmniej 97%). Piaskowce z cementem krzemionkowym mają szerokie zastosowanie w budownictwie jako materiał gruzowy, niektóre odmiany z powodzeniem wykorzystuje się do wyrobu kamieni młyńskich.
W zależności od porowatości, wilgotności, substancji spoiwa, a także struktury i wielkości ziaren, wytrzymałość mechaniczna piaskowców jest bardzo zróżnicowana (patrz tabela 9). Porowate piaskowce często zawierają wody artezyjskie, ropę i gazy łatwopalne. Wytrzymałość na ściskanie waha się w granicach 40...140 MPa. Współczynnik wytrzymałości 2…15.
Brekcja I konglomerat– skały cementowe, składające się odpowiednio z niezaokrąglonych fragmentów skał o ostrych kątach i zaokrąglonych (patrz tabela 13) oraz drobniejszej substancji cementującej. Skład fragmentów brekcji w porównaniu z konglomeratami jest mniej złożony, ponieważ obszar rozbiórki fragmentów tworzących brekcje jest znacznie mniejszy niż fragmentów wchodzących w skład konglomeratów. Klasty zwykle należą do jednego lub kilku typów skał. Gruz w konglomeratach był transportowany na duże odległości przez długie okresy czasu z wielu miejsc. Skład cementu może być inny: wapienny, krzemionkowy, żelazisty, gliniasty. Breccia charakteryzuje się niejednorodnością składu cementu, w przeciwieństwie do jednorodności składu fragmentów.
Breccia powstaje w wyniku procesów tektonicznych i osuwiskowych w wyniku nagromadzenia się produktów zniszczenia (fragmentów) skał u podnóża zboczy. Brekcje wulkaniczne powstają w wyniku cementowania gruboziarnistych wyrzutów wulkanicznych; brekcja tufowa - znaczna ilość popiołu. Konglomeraty powstają z gruzu, który zgromadził się wzdłuż brzegów mórz, górskich rzek i jezior. Gruz cementuje się poprzez wypadanie z wody różnych związków chemicznych (wapno itp.) oraz osiadanie drobnych cząstek gliny. Występują w postaci warstw o małej miąższości – kilkudziesięciu, czasem kilkuset metrów. Występują głównie na obszarach złożonych: Uralu, Kaukazie, a także w strefach osuwisk. Ze względu na kanciasty kształt fragmentów brekcje są mocniejsze niż konglomeraty i lepiej nadają się jako kamień budowlany. Breccia jest ceniona jako kamień licowy ze względu na swoje piękno.
Zatem skały klastyczne są bardzo zróżnicowane pod względem składu, struktury i wzorców występowania; klinują się i wymieniają wzajemnie zarówno wzdłuż uderzenia skał (w obszarze), jak i na głębokości. Współczesne kontynentalne skały klastyczne, zwykle skały luźne, mają miąższość od kilku do kilkuset metrów i pokrywają całą powierzchnię ziemi. To właśnie w tych skałach, wśród naprzemienności i ściskania skał klastycznych i gliniastych, budowniczowie często muszą wykonywać swoją pracę. Morskie terygeniczne skały klastyczne, rozciągające się na dużych obszarach, mają miąższość setek, a nawet tysięcy metrów i są starsze. Na obszarach płaskich w obrębie platform zalegają pod pokrywą osadów kontynentalnych, na terenach pofałdowanych często leżą blisko powierzchni ziemi i wchodzą w zakres działalności inżynieryjnej.
Tabela 15
Skały chemogeniczne i biogeniczne (klucz)