Литология. Глинистые породы

1.

2. Содержание

Общая характеристика.
Минеральный и химический состав.
Главные типы пород.
Условия образования, распространение и
практическое значение.
2

3. Общая характеристика глинистых пород

Глинистые породы занимают промежуточное
положение
между
обломочными
и
хемогенными породами.
Они не могут быть отнесены к обломочным породам –
их образование связано с химическим разрушением
пород.
Они не могут быть отнесены к химическим осадкам –
глинистые минералы не выпадают из растворов.
3

4. Общая характеристика глинистых пород

Характерны полиминеральность и высокая
дисперсность.
Состоят более чем на 50% из частиц менее
0,005 мм и содержат не менее 25% частиц
<0,001 мм.
4

5. Общая характеристика глинистых пород

Главные породообразующие минералы –
силикаты и алюмосиликаты («глинистые
минералы»).
5

6. Общая характеристика глинистых пород

Доля глинистых пород в осадочной
оболочке 81% (Г. Гаррелс, Ф. Маккензи, 1972 г.).
Они составляют 65% всех осадочных
пород фанерозоя.
6

7. Общая характеристика глинистых пород

По степени уплотнения глинистые породы
образуют ряд:
— глины
— уплотненные глины
— аргиллиты
— сланцеватые аргиллиты
— глинистые сланцы.
7

8. Общая характеристика глинистых пород

Глины обладают
пластичностью
и обменными свойствами.
8

9. Общая характеристика глинистых пород

Пластичность обусловлена способностью
глинистых минералов адсорбировать воду.
9

10. Общая характеристика глинистых пород

Обменная
способность
связана
с
наличием электрического заряда на
базальных плоскостях структур глинистых
минералов.
Это позволяет им удерживать анионы и
катионы.
10

11. Общая характеристика глинистых пород

Макроскопически
многие
глины
представляют собой землистые массы,
часто жирные на ощупь.
11

12. Общая характеристика глинистых пород

Цвет пород
белый,
серый,
темносерый до черного,
зеленовато-серый,
желтый,
красный
и коричневый.
12

13.

13

14.

14

15. Общая характеристика глинистых пород

Излом глин — гладкий, раковистый,
землистый,
при наличии алевритовых и песчаных
примесей — неровный и шероховатый.
Излом аргиллитов — оскольчатый,
шероховатый, занозистый.
15

16. Общая характеристика глинистых пород

Слоистые глины (при высыхании) и
аргиллиты
обладают
плитчатой
отдельностью,
неслоистые — комковатой, угловатой,
скорлуповатой.
16

17. Минеральный и химический состав

В глинах распространены минералы
группы каолинита, гидрослюд,
монтмориллонита, хлорита, пирофиллита,
вермикулита, палыгорскита и сепиолита,
а также смешаннослойные образования.
17

18. Минеральный и химический состав

Могут присутствовать аморфные
силикаты, кварц, кристобалит, опал,
окислы и гидроокислы Fe, Mn и Al,
карбонаты, сульфаты, фосфаты, цеолиты,
полевые шпаты и др.
18

19. Минеральный и химический состав

Аллотигенная примесь – обломочные
зерна кварца, щелочных полевых шпатов,
устойчивых акцессорных минералов,
горных пород, пластинки мусковита
и хлорита.
меньше размер частиц
обломочных зерен.
–
меньше
19

20. Минеральный и химический состав

Исключение – кварц, количество которого
и во фракциях менее 0,001 мм может быть
значительным.
20

21. Минеральный и химический состав

Органический материал – гумусовое и
сапропелевое вещество,
как
в
рассеянной,
так
и
в
сконцентрированной форме.
21

22. Минеральный и химический состав

Главную роль среди глинистых минералов
играют каолинит, монтмориллонит
и минералы гидрослюдистой группы.
Менее
распространены
минералы
хлоритовой группы.
22

23. Минеральный и химический состав

В кристаллической структуре глинистых
минералов катионы располагаются в
тетраэдрических
и
октаэдрических
пустотах между анионами.
Тетраэдрические слои
(кремнекислородные
или алюмокремнекислородные)
чередуются с октаэдрическими
(содержащими Mg, Al, Fe и др.).
23

24.

а
тетраэдрические (а)
и октаэдрические (б) слои
б
24

25. Минеральный и химический состав

Двухслойный
пакет
тетраэдрического
и
слоев.
состоит
из
октаэдрического
25

26. Минеральный и химический состав

Трехслойный
состоит
из
двух
тетраэдрических и одного октаэдрического
слоя, расположенного между ними.
Связь между слоями – через общие ионы
кислорода, расположенные в вершинах
тетраэдров и октаэдров.
26

27.

27

28. Минеральный и химический состав

Двухслойные пакеты образуют структуры
минералов каолинитовой группы;
трехслойные — структуры
монтмориллонитовой,
вермикулитовой
и гидрослюдистой групп;
пакеты из однослойных и двухслойных
структур
— минералы хлоритовой группы.
28

29. Минеральный и химический состав

Главные породообразующие окислы: SiO2,
Аl2O3, Н2O, FeO, Fe2O3, MgO, К2О и Na2O.
В подчиненном количестве присутствуют
ТiO2, СаО, МnО.
Неглинистые примеси: Р2O5, SO3, СO2
и Сорг .
29

30. Минеральный и химический состав

Кроме основных компонентов, глинистые
породы содержат поглощенные ионы.
Наиболее распространены поглощенные
катионы: Са+2, Mg+2, Н+1, Na+1, K+1,
анионы: РО4–3, SO4–2, Cl–1.
Сумма поглощенных ионов = поглощенный
(обменный) комплекс.
30

31. Минеральный и химический состав

Практическое значение: поглощенный
комплекс влияет на пластичность и
адсорбционные свойства глин.
Анализ ассоциаций малых элементов
может использоваться для характеристики
физико-географических обстановок.
31

32. Минеральный и химический состав

По набору слоёв в пакете различают
несколько групп глинистых минералов:
Группа каолинита (каолинит, галлуазит) c
пакетом, состоящим из одного слоя
октаэдров и одного слоя тетраэдров.
32

33. Минеральный и химический состав

По набору слоёв в пакете различают
несколько групп глинистых минералов:
Группа монтмориллонита или группа
смектита (монтмориллонит, нонтронит,
бейделит и др.) с трёхслойным пакетом
вида тетраэдр-октаэдр-тетраэдр.
33

34. Минеральный и химический состав

По набору слоёв в пакете различают
несколько групп глинистых минералов:
Группа гидрослюд (иллита) – гидробиотит,
гидромусковит и др.
– также с трёхслойным пакетом, но
сильной связью между пакетами через
катионы К2+.
34

35. Минеральный и химический состав

По набору слоёв в пакете различают
несколько групп глинистых минералов:
Группа
хлорита
–
строения
кристаллических решеток многослойные.
35

36. Минеральный и химический состав

По набору слоёв в пакете различают
несколько групп глинистых минералов:
Группа смешаннослойных минералов –
чередуются смектитовые (лабильные)
пакеты с иллитовыми либо хлоритовыми
(стабильными).
Носят названия вида
иллит-монтмориллонит,
вермикулитхлорит и т.п., свойства сильно варьируют.
36

37. Минералы группы каолинита

Каолинит Al4[Si4O10](OH)8
и галлуазит Al2Si2O5(OH)4
Каолинит обладает ничтожной обменной
способностью и большой стойкостью в
зоне выветривания.
Образует
кристаллы
в
виде
шестиугольных пластинок.
37

38. Минералы группы каолинита

Диккит
и
накрит
—
политипные
модификации каолинита.
Для их формирования требуется тепловая
активизация (Т>200°С)
38

39.

39

40.

40

41.

41

42. Минералы группы каолинита

Галлуазит характеризуется удлиненной
формой кристаллов в виде нанотрубок.
42

43. Минералы группы каолинита

Галлуазит
не
образует
пластовых
скоплений и встречается как примесь
в каолинитовых,
реже в бейделлитовых
и каолинит-гидрослюдистых глинах.
Галлуазит бывает развит в корах
выветривания
по
пирокластическим
осадкам кислого состава.
43

44. Минералы группы монтмориллонита

Формула
монтмориллонита
(Na,Ca)0,33(Al,Mg)2(Si4O10)(OH)2•nH2O.
Структура представлена трехслойными
пакетами из двух слоев тетраэдров,
которые связываются октаэдрическим
слоем.
Каждый пакет обращен к соседнему
одинаковыми с ними анионами О2–.
Из-за этого связи между пакетами очень
непрочные.
44

45. Минералы группы монтмориллонита (смектиты)

Слои способны раздвигаться (разбухать)
под влиянием воды и органических
соединений (совместно с «обменными»
катионами – Na+ , Са2+ и др.).
Много изоморфных разновидностей:
монтмориллониты глиноземистые,
глиноземисто-железистые и железистоглиноземистые, железистые (нонтрониты),
а также сапониты.
45

46.

46

47. Минералы группы гидрослюд

В эту группу входят гидромусковит, иллит,
гидробиотит
и
некоторые
другие
минералы.
Характерно высокое содержание К2О.
Структуры – трехслойные пакеты, которые
не раздвигаются под влиянием молекул
воды и органических соединений.
Поэтому они не набухают и имеют
небольшую обменную способность.
47

48.

Иллит (K, H3O)(Al, Mg, Fe)2(Si, Al)4O10[(OH)3,H2O]
48

49. Минеральные типы глинистых пород

Каолинитовые породы
Примеси: гидрослюда, кварц, аллофан,
галлуазит, гиббсит, гидроокислы железа,
алунит, монтмориллонит, хлорит,
пирит, сидерит, ильменит, анатаз,
щелочные полевые шпаты,
органическое вещество.
49

50. Минеральные типы глинистых пород

Каолинитовые породы
Основные представители:
каолины первичные и вторичные,
сухарные глины,
флинтклеи,
тонштейны.
50

51. Минеральные типы глинистых пород

Каолинитовые породы
Первичные каолины — образования коры
выветривания.
Вторичные каолины — переотложенные
каолинитовые глины.
Сухарные
глины
—
сформированы
каолинитом
высокого
структурного
совершенства, плохо размокающие.
Флинтклеи
—
неразмокающие
каолинитовые аргиллиты.
51

52. Минеральные типы глинистых пород

Каолинитовые породы
Более часты биминеральные глины с
каолинитовой основой:
гидрослюдисто-каолинитовые,
монтмориллонит-каолинитовые,
и
полиминеральные,
где
каолинит
преобладает.
52

53. Минеральные типы глинистых пород

Каолинитовые породы
Обладают высокой огнеупорностью с
температурой плавления выше 1700°С и
температурой спекания в интервале 1300
—1400 °С.
53

54. Минеральные типы глинистых пород

Монтмориллонитовые глины
Сложены
минералами
группы
монтмориллонита,
самым распространенным из которых
является железисто-алюминиевый.
Примеси: гидрослюды, смешаннослойные
образования, кварц, опал, карбонаты,
цеолиты, полевые шпаты, хлорит,
гидроокислы железа и вулканическое
54
стекло.

55. Минеральные типы глинистых пород

Монтмориллонитовые глины
Образуются
при
переотложении
материала кор выветривания
и
преобразовании
вулканического
материала в условиях диагенеза.
Обладают высокой дисперсностью,
пластичностью,
способностью к набуханию
и
образованию
устойчивых
водных
суспензий.
55

56. Минеральные типы глинистых пород

Монтмориллонитовые глины
Монтмориллонитовые
быстро
разбухающие глины пеплового генезиса
называют бентонитами.
Флоридины – монтмориллонитовые глины
с меньшей способностью к разбуханию.
Характерны низкое содержание щелочей и
высокое содержание низкотемпературной
воды.
56

57. Минеральные типы глинистых пород

Гидрослюдистые глины
Обычно
сложены
гидрослюдой
мусковитового типа и содержат несколько
процентов окиси калия.
Примеси: каолинит, монтмориллонит,
смешаннослойные образования, хлорит,
кварц, окислы железа, гидратированные
слюды, карбонаты и т.п.
57

58. Минеральные типы глинистых пород

Гидрослюдистые глины
Отличаются
наибольшим распространением
и разнообразием генетических типов.
По
адсорбционным
свойствам
и
огнеупорности занимают промежуточное
место между каолинитовыми и монтмориллонитовыми глинистыми породами.
58

59. Минеральные типы глинистых пород

Более редкие минеральные типы:
палыгорскитовые, хлоритовые,
пирофиллитовые и вермикулитовые.
59

60. Минеральные типы глинистых пород

Палыгорскитовые глины
Палыгорскит
–
цепочечно-слоистый
силикат, (Mg,Al)2Si4O10(OH) · 4H2O.
Cвязан непрерывным изоморфным рядом
c сепиолитом.
Примеси:
монтмориллонит,
сепиолит,
гидрослюды, смешаннослойные образования, карбонаты, цеолиты.
60

61. Минеральные типы глинистых пород

Палыгорскитовые глины
Встречаются в корах выветривания по
массивам габбро-диоритового состава.
Седиментогенные
палыгорскиты
образуются по вулканогенному материалу
в морских и озерных отложениях аридного
литогенеза.
61

62. Минеральные типы глинистых пород

Пирофиллитовые глинистые породы
Среди пород докембрия встречаются
пирофиллитовые аргиллиты и сланцы с
кварцем, хлоритом, гидрослюдой.
62

63. Минеральные типы глинистых пород

Хлоритовые глинистые породы
свойственны отложениям эвапоритовых
формаций.
Вместе
с
магнезиальным
хлоритом
распространены
смешаннослойные
минералы, гидрослюды, монтмориллонит,
палыгорскит.
63

64. Минеральные типы глинистых пород

Вермикулитовые глинистые
образования
обычно связаны с гидротермальным
процессом,
а в почвах, корах выветривания и в
современных
осадках
вермикулит
встречается в виде незначительной
примеси.
64

65. Минеральные типы глинистых пород

Глины смешанного состава
Встречаются глинистые породы
гидрослюдисто-каолинитовые,
монтмориллонит-каолинитовые,
монтмориллонит-гидрослюдистокаолинитовые,
хлорит-гидрослюдистые,
гидрослюдисто-монтмориллонитовые,
палыгорскит-монтмориллонитовые,
хлорит-монтмориллонитовые и т. п.
65

66. Структуры глинистых пород

Пелитовая — характерна для глинистых
пород, состоящих более чем на 90% из
частиц, меньших 0,005 мм.
Различают
пылеватую
(преобладание
частиц 0,005—0,001 мм)
и гелевую структуру (преобладание частиц
< 0,001 мм).
66

67. Структуры глинистых пород

Алевропелитовая — характеризуется
тонкодисперсной глинистой массой, на
фоне которой заметны алевритовые
частицы (не менее 5%).
Эта структура свойственна некоторым
тугоплавким и строительным глинам.
67

68. Структуры глинистых пород

Псаммопелитовая — отличается
присутствием, кроме алевритовых, также и
песчаных частиц.
Наблюдается часто в тугоплавких и
строительных глинах.
68

69. Структуры глинистых пород

Фитопелитовая
—
типична
для
темноокрашенных
глин,
богатых
органическим веществом.
Присутствуют остатки растений или их
обрывки, а также рассеянные коллоидные
органические вещества.
69

70. Структуры глинистых пород

Конгломератовидная и брекчиевидная
— образуются или в результате местного
размыва
глинистых
отложений
и
цементации
возникших
обломков
глинистым же веществом или во время
диагенеза.
70

71. Структуры глинистых пород

Оолитовая структура — в глинистой
массе присутствуют оолиты.
Они сложены глинистыми минералами,
окислами
железа,
тонкодисперсным
органическим веществом, хлоритами и
другими минералами.
71

72. Структуры глинистых пород

Сферолитовая — возникает в глинистых
породах благодаря появлению в них при
окаменении сферолитов, обычно кальцита
или сидерита.
72

73. Структуры глинистых пород

Реликтовая — в породе видны контуры
частиц, за счет изменения которых
образовались глинистые минералы.
73

74. Микротекстуры глинистых пород

Спутанно-волокнистая — в скрещенных
николях в шлифе видно беспорядочное
переплетение тонких волокон, поочередно
погасающих и просветляющихся при
вращении столика.
74

75. Микротекстуры глинистых пород

Ориентированная — агрегат частиц с
одинаковой оптической ориентировкой.
При вращении шлифа при скрещенных
николях
значительные
его
участки
одновременно гаснут или просветляются.
Образуется при спокойном осаждении
пластинчатых
частиц
глинистых
минералов, наслаивающихся параллельно
друг другу.
75

76. Микротекстуры глинистых пород

Чешуйчатая — беспорядочное
расположение глинистых минералов.
76

77. Происхождение и геологическое распространение

Гидрослюдистые
глины
широко
распространены в континентальных и
морских отложениях различного возраста.
Гидрослюды
устойчивы
при
разных
физико-химических
условиях
среды
отложения.
Они наиболее типичны для областей с
холодным
или
умеренно-теплым
климатом.
77

78. Происхождение и геологическое распространение

Каолинитовые породы типичны для
разнообразных
континентальных
отложений и не встречаются среди
морских осадочных пород.
Они возникали при влажном тропическом
и субтропическом климате в условиях
суши с выравненным рельефом.
78

79. Происхождение и геологическое распространение

Смешанные каолинит-гидрослюдистые и
гидрослюдисто-каолинитовые
глины
образовывались чаще в умеренно-теплом
влажном климате.
79

80. Происхождение и геологическое распространение

Монтмориллонитовые глины являются
продуктами подводного преобразования
пепла в морских условиях,
однако возникают и на суше в коре
выветривания основных пород и за счет ее
переотложения.
80

81. Происхождение и геологическое распространение

Бейделлитовые глины часто присутствуют
в морских отложениях, образуясь за счет
глубокого преобразования гидрослюд.
Нонтронитовые глины характерны лишь
для
коры
выветривания
основных
изверженных пород.
81

82. Генетические типы пород

Элювиальные
глинистые
породы
образуются в стадию гипергенеза.
Это образования древних и современных
кор
выветривания,
современных
и
ископаемых почв, а также глины,
связанные с карстом.
82

83. Генетические типы пород

Характер элювиальных глин зависит от
климата и состава материнских пород.
В гумидном климате при выветривании
гранитоидных
пород
формируются
каолинитовые глины,
а
при
выветривании
основных
и
ультраосновных
пород
—
хлоритмонтмориллонитовые глины.
83

84. Генетические типы пород

В корах выветривания терригенных пород
обычно формируются гидрослюды и
смешаннослойные образования,
84

85. Генетические типы пород

В
континентальных
условиях
формируются глины ледниковые, эоловые,
пролювиальные, делювиальные, речные,
болотные, озерные.
Глины континентальных отложений имеют
полиминеральный
состав,
который
определяется материалом областей сноса.
85

86. Генетические типы пород

В гумидных условиях в глинистом
материале обязательно будет каолинит.
Глины лагун и озер с повышенной
соленостью (аридный литогенез) —
монтмориллонитовые
с
примесью
магнезиальных силикатов.
Лагунно-озерные
глины
гумидного
литогенеза — каолинитовые.
86

87. Генетические типы пород

В морских отложениях состав глинистых
осадков
определяется
сносом
с
континента, подводной и прибереговой
вулканической
деятельностью
и
процессами
постседиментационной
переработки.
В приконтинентальной части морей и
океанов глины отражают состав взвесей,
поступающих с прилегающего континента.
87

88. Генетические типы пород

В центральной части океана происходит
формирование
монтмориллонита
и
цеолитов в красной глубоководной глине.
Ископаемые
глинистые
морские
отложения обычно сложены гидрослюдой,
хлоритом,
каолинитом
и
монтмориллонитом
в
различных
соотношениях.
88

89. Практическое применение глинистых пород

Каолины
и
каолинитовые
глины
используются в керамической (фарфорофаянсовой),
огнеупорной,
бумажной,
резиновой, мыловаренной, косметической
промышленности.
89

90. Практическое применение глинистых пород

Каолин является основной составной
частью
массы,
употребляемой
для
приготовления фарфора.
Фаянсовая
масса
отличается
от
фарфоровой увеличенным содержанием
глины, худшим ее качеством (дает при
обжиге не такой белый черепок) и
большей пористостью изделий.
90

91. Практическое применение глинистых пород

Основное
требование
керамической
промышленности к каолинам – низкое
содержание красящих окислов (Fe, Ti, Cr),
не более1,5%.
91

92. Практическое применение глинистых пород

Каолинитовые глины, применяющиеся в
огнеупорной промышленности, должны
обладать огнеупорностью не ниже 1580°.
Вредные примеси: известь, органические
вещества, железо, особенно в виде
сульфидов, щелочи и окись титана.
92

93. Практическое применение глинистых пород

Бумажная промышленность – главный
потребитель каолина.
Используется как наполнитель в
количестве 20—40% от общего объема
бумажной массы.
Каолин придает бумаге более гладкую
поверхность, повышает ее плотность и
просвечиваемость.
93

94. Практическое применение глинистых пород

Среди монтмориллонитовых глин широкое
применение в промышленности получили
флоридины и бентониты.
Флоридины обладают в
состоянии повышенной
адсорбировать красящие
примеси из органических и
веществ.
естественном
способностью
вещества и
минеральных
94

95. Практическое применение глинистых пород

Флоридины
применяются
главным
образом в нефтяной промышленности для
очистки различных нефтепродуктов.
Некоторые виды монтмориллонитовых
глин используются в жировой и пищевой
промышленности
для
очистки
растительных масел и животных жиров,
уксуса, вин и фруктовых соков.
95

96. Практическое применение глинистых пород

Бентонитовые глины употребляются для
приготовления
глинистых
растворов,
используемых при бурении.
Благодаря высоким связующим свойствам
бентониты употребляются в качестве
формовочных глин.
96

97. Практическое применение глинистых пород

Гидрослюдистые
глины
и
глины
смешанного состава обычно являются
неогнеупорными и могут применяться для
изготовления
грубой
керамики
(строительный кирпич, черепица и пр.).
Гидрослюдистые глины используются в
цементной промышленности. Они не
должны содержать крупных песчаных
зерен.
97

98. Практическое применение глинистых пород

Нью-йоркская
компания
NaturalNano
разработала метод извлечения нанотрубок
из глины и нашла массу способов
применения
глинистому
минералу
галлуазиту.
Он может рассматриваться как природная
альтернатива искусственно созданным
углеродным нанотрубкам.
98

99. Практическое применение глинистых пород

Если нанотрубки галлуазита (диаметром
40-200 нанометров и длиной один микрон)
заполнять, к примеру, медью и затем
«замешать» трубки в полимер, то можно
сделать
проводящую
электричество
пластмассу.
Кроме того, частицы галлуазита можно
добавить в краску, которая будет лучше
сопротивляться плесени.
99

100. Выводы

Глинистые
породы
занимают
промежуточное
положение
между
обломочными и хемогенными породами.
Они широко распространены (составляют
65% всех осадочных пород фанерозоя).
100

101. Выводы

Главную роль среди глинистых минералов
играют каолинит, монтмориллонит
и гидрослюды.
В кристаллической структуре глинистых
минералов катионы располагаются в
тетраэдрических и октаэдрических
пустотах между анионами.
101

102. Выводы

Тетраэдрические и октаэдрические слои
образуют двухслойные и трехслойные
пакеты.
Слоистая структура глинистых минералов
обусловливает
основные
свойства
глинистых пород.
102

103. Выводы

Главные минеральные типы глинистых
пород: каолинитовые,
монтмориллонитовые,
гидрослюдистые
и глины смешанного состава.
Практическое применение глинистых
пород – широкое и разнообразное, зависит
от минерального состава.
103