Общие сведения об осадочных горных породах

Минеральный состав. Минералы осадочных пород представлены продуктами механической дезинтеграции, химического и биохимического разложения минерального вещества исходных (материнских) пород и продуктов их синтеза. Продукты механической дезинтеграции составляют основную массу обломочных пород. В их составе преобладают минералы жесткой и прочной каркасной структуры (кварц, полевые шпаты). Они образуют группы аллотигенных минералов. Продукты химического и биохимического распада относятся к группе аутигенных минералов. В их составе представлены минералы слоистой (глинистые минералы, хлориты и др.), островной (карбонаты и некоторые сульфаты) и координационной структур (галит, сильвин). Первые из них являются постоянными компонентами глинистых, а вторые — химико-органогенных пород.
Подсчитано, что на долю минералов каркасной структуры приходится примерно 40% — слоистой 30% и островной 10% общего объема осадочных пород.
Аутигенное минералообразование чаще всего сопровождается заменой ковалентных межатомных связей в кристаллических решетках минералов ионно-ковалентными, ионными, водородными, т. е. менее прочными и стойкими. Этим в определенной мере обусловлено снижение показателей прочности и стойкости осадочных пород по мере повышения в их составе аутигенных (особенно слоистых) минералов.
Среди осадочных пород широко распространены породы, всецело состоящие из одного минерала или абсолютно преобладающего одного, составляющего от 75 до 90% объема породы, и нескольких количественно резко подчиненных минералов, т. е. мономинеральные и олимиктовые породы.
Текстура. Основной текстурной характеристикой осадочных пород является их слоистость различного типа — параллельная, линзовидная, клиновидная и т. п. (рис. 14). Известны также породы, лишенные слоистости, — массивного сложения. Следует отличать слоистость осадочных пород от их напластованности. Осадочные толщи слагаются из пластов, четко ограниченных от покрывающих и подстилающих пластов. Поверхности раздела пластов являются поверхностями ослабления толщ осадочных пород.

В напластованности осадочных пород нередко наблюдается ритмичность, т. е. цикличная повторяемость слоев. Она особенно характерна для угленосных формаций геосинклинального типа (например, Донбасса) и толщ флиша (рис. 15, 16). Ритмичность может иметь место и в строении самих пластов. Таковы, например, микрослоистость известняков или ленточнослоистых глин (рис. 17). Co слоистостью и напластованностью связаны анизотропность свойств осадочных пород и их толщ.

Структурно-генетические признаки служат основанием для выделения трех групп осадочных пород — обломочных (в том числе пирокластических), глинистых и химикоорганогенных.
Структура обломочных пород характеризуется гранулометрическим составом, формой и степенью окатанности (угловатости) обломочного материала. По гранулометрическому составу различаются грубообломочные, среднеобломочные и мелкообломочные породы, — отличающиеся друг от друга преобладанием одной пли суммы нескольких фракций (табл. 9). Важнейшей характеристикой гранулометрического состава является коэффициент неоднородности Kнеод. Он определяется по суммарной (кумулятивной) кривой гранулометрического состава, построенной в обычном или же полулогарифмическом масштабе (рис. 18). В том и другом случае по оси ординат откладывается суммарное содержание фракций (в вес. %) менее определенного размера, а по оси абсцисс — размеры частиц (в мм) или логарифмы этих размеров.

Коэффициент неоднородности Kнеод равен отношению диаметров частиц, соответствующих ординатам 60 и 10%:

Величина d10 называется эффективным диаметром; он соответствует диаметру частиц, менее которых в неоднородной по составу породе содержится 10% суммы всех частиц. Соответственно d60 равен диаметру зерен, содержание частиц менее которых составляет 60% суммы всех частиц.
О неоднородности можно судить также по степени отсортированности. Коэффициент отсортированности S0 равен отношению разности между средним размером частиц dср и средневзвешенным отклонением от среднего диаметра к dср

где Vi — доля содержания частиц диаметром dcр.
Форма обломочного материала характеризуется коэффициентом округлости Р, численно равным отношению радиуса кривизны проекции зерна г к радиусу максимальной вписанной окружности в проекцию зерна R, т. е. P = r/R. По величине P различают формы обломочного материала (табл. 10).

Для сцементированных обломочных пород дополнительной и весьма важной структурной характеристикой служит тип цементации и структура цементирующего вещества.
Структура глинистых пород может быть первичной, сформировавшейся при седиментации (осадконакоплении), и вторичной, сформировавшейся на стадиях литификации осадка (в процессе его обезвоживания, уплотнения, цементации и т. д.).
Хемогенным и органогенным породам нередко присущи вторичные структуры, возникшие в результате перекристаллизации осадка, при катаклазе, процессах цементации и др. Им соответствуют структуры кристаллобластические, катакластические (брекчиевидные), метасоматические, криптокристаллические и др. Органогенные породы представлены фитогенными и зоогенными сложными скелетными частями растений и животных. По степени сохранности выделяют биоморфные, детритусовые и скрытобиоморфные структуры.

Структура порового пространства осадочных горных пород также весьма разнообразна. Кроме межзерновой пустотности обломочных пород и криптопористости глинистых пород для некоторых из них (например, для лёссовидных) характерна макропористость, для закарстованных — пустотность выщелачивания, наконец, для всех твердых и полутвердых осадочных пород — трещинная пустотность. Ho чаще всего осадочные породы характеризуются сочетанием двух и более основных систем пустотности. Так, криптопористость глинистых пород типа ячеистой, ячеистохлопьевидной и др. существует совместно с межгранулярной, а пустотность выщелачивания — с межзерновой и трещинной. Нередко выделяются пустотности первичной и вторичной генераций. К последним относятся, например, тектоническая трещиноватость и трещиноватость выветривания пород. Размеры пустот характеризуются их диаметром, а трещинная пустотность — протяженностью трещин, степенью их раскрытости и частотой (густотой) развития.
Пустотность осадочных пород чаще всего относится к типу открытой, когда пустоты сообщаются друг с другом и с внешней средой. Распределение пустот в объеме пород может быть равномерным или неравномерным, нередко упорядоченным. Последнее чаще связано с ориентированной системой или системами трещин, или упорядоченной (например, слоистой) текстурой породы. Ими обусловлена трещинная или текстурная анизотропность свойств пород.
По природе структурных связей различают породы трех физических классов: твердые, глинистые и раздельнозернистые. Особую группу составляют мерзлые породы.