Гинистые породы Глина


Общие сведения

Глинистые породы занимают промежуточное положение между типичными обломочными и химическими породами. Образование их связано с химическим разрушением пород, но они не могут быть отнесены к химическим осадкам, так как глинистые минералы не выпадают из растворов.
К глинистым породам относятся породы, состоящие более чем на 50% из частиц менее 0,01 мм и содержащие не менее чем 25% частиц < 0,001 мм. Автор проводит границу между алевритами и глинами по 0,005 мм.
 
Содержание
Минеральный и химический состав глин
Условия образования
Макроскопический облик и структуры глин. Их свойства
Гидрослюдистая глина 
Каолинитовая глина 
Монтмориллонитовая глина
 
Породы, содержащие более 50% частиц крупнее 0,005 мм, следует называть в зависимости от размера частиц глинистыми алевритами, глинистыми песками и т. п.

Среди глинистых пород, на долю которых приходится не менее 60% общего объема осадочных пород, широко распространены и наиболее полно изучены глины.

М. Ф. Викулова предлагает понимать под глинами сложные полидисперсные и полиминеральные породы, которые сложены главным об-разом глинистыми .минералами с примесью неглинистых (обломочных и аутигенных). Глины содержат часто органические остатки, органическое вещество, поглощенные катионы и легко растворимые соли.
За последние годы достигнут большой успех в изучении глинистых пород, главным образом в области минералогии глин. Многочисленные структурно-кристаллохимические исследования глинистых минералов позволили уточнить представления о кристаллической структуре некоторых типов глинистых минералов. Наиболее существенные достижения связаны с изучением изоморфных рядов и смешанно-слойных сростков глинистых минералов. Были установлены отчетливые возможности исполь-зовать рентгеновскую дифракционную картину для выявления этих двух усложнений, которые вносят в минералогическую характеристику глинистых пород, как казалось раньше, непреодолимые затруднения. На основе этих достижений мы подошли, наконец, к возможности объективно интерпретировать данные структурного и химического исследования глинистых пород, выделяя реально существующие в них глинистые минералы и их смешанно-слойные сростки неупорядоченного типа.
Выявилось (Weaver, 1959), что в осадочных породах широко распространены особого типа смеси глинистых минералов, которые представлены смешанно-слойными образованиями, характерными продуктами диагенетических изменений основных типов глинистых минералов (гидрослюд, монтмориллонитов, хлоритов, каолиновых минералов и др.). Особенно распространенными оказались смешанно-слойные образования в . рядах гидрослюда-монтмориллонит, хлорит-вермикулит и, вероятно, каолинит-гидрослюда. Смешанно-слойные образования, наряду с нормальным изоморфизмом, определяют широкие колебания состава глинистых пород.
Конечно, не все еще в этой проблеме в настоящее время нам предста-вляется ясным и понятным. Минералогия и петрография глин находятся сейчас в состоянии бурного развития. Об этом говорят сотни статей в на-учных журналах многих стран, сборники, монографии, руководства по 
минералогии глин и даже появление новых периодических изданий, посвященных этим проблемам (в США и Англии). В основном это результаты структурно-кристаллохимических исследований глинистых мине-ралов и пород, которые выполнены при использовании рентгеновских методов.
Глины являются полиминеральными породами, в состав которых входят:

а) глинистые минералы — каолинит, монтмориллонит, хлорит, вермикулит, галлуазит, гидрослюды и смешанно-слойные образования. Эти минералы слагают наиболее тонкозернистые (предколлоидные и коллоид-ные) фракции глин, реже они встречаются среди пылеватых частиц;
,
б) обломочные зерна минералов кварца, полевых шпатов, слюд, тяжелых минералов и др.; подобные минералы распространены преимущественно в песчаных алевритовых и, в меньшей степени, в пылеватых фракциях глин;
 
в) сингенетические и эпигенетические неглинистые минералы, возникшие одновременно с глинистым осадком или в процессе превращения его в породу во время преобразования ее (гйдрослюды и окислы железа, карбонаты, сульфаты, фосфаты, опал и др.); обычно эти минералы встречаются во фракциях > 0,001 мм и частично образуют крупные вкрапления.
Кроме того, в глинах присутствуют обменные основания щелочей и щелочных земель (поглощенные катионы) и органическое вещество, также приуроченное в основном к коллоидной фракции. Иногда в глинах при-сутствуют выпавшие из воды чисто химическим путем соли, приобретающие широкое распространение в соляных глинах, и органические остатки.


Минеральный и химический состав глин


Глинистые минералы делятся на аморфные и кристаллические. Аморфные не играют существенной роли среди глинистых пород. Кристаллические глинистые минералы подразделяются на несколько групп, среди которых главную роль играет каолинит, монтмориллонит и минералы гидрослюдистой группы. Меньшим распространением пользуются мине¬ралы хлоритовой группы, которые встречены в глинах галогенных толщ в современных осадках и глинистых цементах (Писарчик, 1956, Грим, 1956; Millot, 1953, 1954). Они характеризуются слоистым типом струк¬тур, так как входящие в их состав элементы образуют слои, которые можно рассматривать как плотнейшую упаковку ионов кислорода и гидроксила. Меньшие по размеру катионы располагаются в тетраэдри-ческих и октаэдрических пустотах между анионами, образующими плотнейшую упаковку.
Тетраэдрические слои (кремнекислородные или алюмокремнекислородные) чередуются с октаэдрическими (содержащими Mg, Al, Fe и др.), которые находятся в связи не только с кислородом, но и с гидроксилом. Эти слои образуют двухслойные и трехслойные пакеты. Двухслойный пакет состоит из тетраэдрического и октаэдрического слоев. Трехслойный состоит из двух тетр&эдрических и одного, расположенного между ними, октаэдрического слоя. Связь между ними осуществляется через общие ионы кислорода, расположенные в вершинах тетраэдров и октаэдров.
Выделение отдельных минералов обычно производится по характеру слоистости структуры, количеству слоев в пакете — по физико-химическим особенностям силикатных слоев и по химическому составу глин.?
Двухслойные пакеты образуют структуры минералов каолинитовой группы; трехслойные — структуры монтмориллонитовой, вермикулитовой и гидрослюдистой групп; пакеты из однослойных и двухслойных структур — минералы хлоритовой группы.
Наиболее хорошо изучены минералы группы каолинита. В состав этой группы входят каолинит Аl2Оз-2Si02 • 2НгО и галлуазит Al203s • 2SiO2 -4Н2О, т. е. минералы, структура которых представлена двухслойными пакетами.
Каолинит характеризуется ничтожной обменнопоглотительной способностью и весьма значительной стойкостью в зоне выветривания. Форма частиц каолинита в электронном микроскопе различна. Каолинит,
возникший в результате кристаллизации алюмокремневых гелей, встречен в виде шестиугольных пластинок, обычно непрозрачных. Галлуазит менее устойчив по сравнению с каолинитом и, согласно И. И. Гинзбургу, через метагаллуазит может переходить в каолинит; он обладает несколько большей способностью к обмену оснований. Галлуазит не образует пластовых скоплений и встречается как примесь главным обра¬зом в каолинитовых, реже в бейделлитовых и в некоторых каолинит- гидрослюдистых глинах. Наибольшего развития (линзы, включения) он достигает в коре выветривания как древней, так и современной.
 
Галлуазит характеризуется удлиненной формой кристаллов с резкими контурами. Размер кристаллов галлуазита меняется в больших пределах.
Минералы группы монтмориллонита обладают'более разнообразным химическим составом и значительной способностью к катионному обмену без нарушения их кристаллической структуры. Структура минералов группы монтмориллонита представлена трехслойными пакетами, состоящими из двух слоев тетраэдров, которые связываются октаэдрическим слоем. Характерна способность слоев раздвигаться (разбухать) под влиянием воды и органических соединений, занимающих в структурах межпластовое положение.
Идеальная химическая формула монтмориллонита Аl2Оз-SiO2 +  nН2О. Замещение алюминия магнием приводит к образованию магнезиального монтмориллонита (сапонита) 3MgO • 4SiC>2 • НзО + nH20. Если же замещающим элементом является железо, то возникает нонтронит Fe2Oз- 4Si2 Н2О + nO.
Монтмориллонит встречается в глинах в виде нескольких морфо-логических разновидностей, общей особенностью которых является расплывчатость очертаний частиц.

Минералы группы гидрослюд обладают изменчивым химическим составом и слабо изучены. В эту группу входит гидромусковит, иллит, глауконит и некоторые другие минералы. Химический состав характе-ризуется промежуточным значением содержания Аl2Оз и К2О по сравнению с каолинитовыми и монтмориллонитовыми глинами. Характерной особенностью их является высокое содержание КгО (от 4 до 6,23%, по Викуловой). Структуры гидрослюд характеризуются трехэтажными слоями, которые не раздвигаются под влиянием молекул воды и орга-нических соединений. Гидрослюды связаны постепенным переходом с другими глинистыми минералами. Они не набухают и имеют небольшую способность к катионному обмену.
В группу бейделлита входят разнообразные глины, резко отличаю-щиеся друг от друга по своему кристаллическому строению, химическому составу и свойствам.
Некоторые исследователи (Brown, 1955; Mac Ewan, 1951 и др.) от-носят бейделлит к монтмориллонитовой группе и считают, что он образует с ними изоморфный ряд. Другие (Grim, Rowland) считают бейдел- литы смесями разных глинистых минералов: каолинита, монтмориллонита, гидрослюды и гидратов окислов железа. В связи с этим Грим считает, что термин бейделлит должен быть изъят из употребления.
В табл. 1—V дается классификация глинистых минералов по В. А. Франк-Каменецкому. В ней приводятся основные группы гли¬нистых минералов и некоторых близких к ним силикатов.


Условия образования


Большая часть глинистых минералов образуется при определенной кислотности водной среды. Так, например, щелочной среды требуют минералы группы монтмориллонита. Наоборот, лишь в кислой среде образуется каолинит и близкие к нему минералы. Гидрослюды возникают как в кислой, так и в нейтральной, реже щелочной среде.
Характер образующихся глинистых минералов в значительной мере зависит от климата, что особенно заметно на континентальных отложе-ниях. В соответствии с этим минеральный состав современных почв изме-няется в различных климатических зонах.
Среди озерных отложений наиболее часто встречаются каолинитовые и гидрослюдистые глины, в морских толщах — монтмориллонитовые, глауконитовые и гидрослюдистые. Из глин смешанного состава особенно распространены кварц-гидрослюдистые, глауконит-гидрослюдистые и др.
В целом, состав глинистых минералов является показателем физико- географических условий их образования. Следует, однако, учитывать, что глинистые минералы в процессе переноса, отложения и окаменения подвергаются существенным изменениям. По мере перехода от морских глин к континентальным иногда заметно увеличивается содержание као-линита (фиг. 4—У), так как этот минерал возникает почти исключительно на суше в болотах в свойственной для них кислой среде. Поэтому все существенно каолинитовые глины встречаются исключительно в конти-нентальных толщах. При попадании каолинита в щелочные морские воды он переходит в гидрослюды или/ минералы монтмориллонитовой группы.
Преобразование глинистых минералов по мере сноса их с суши в море было показано на современных осадках и в древних толщах мно-?
гими исследователями (Викулова, 1955; Millot, 1953, 1954; Murray, 1954; Grim and Jones, 1954; Griffin and Ingram, 1955).
К условиям отложения глин чувствительны также и встречающиеся среди них сингенетические минералы. Например, глауконит типичен лишь для морских глин, причем по мере увеличения глубины отложения уменьшаются размеры зерен,_ и они приобретают все более светлую окраску; гипс и доломит часто встречаются в лагунных отложениях; пи¬рит и марказит типичны для глин, образованных в резко восстановитель¬ной среде. При меньшем дефиците кислорода возникает сидерит и т. д.

Иногда сингенетические минералы образуют крупные конкреции, состав которых может быть весьма характерным для определения стратиграфических горизонтов глин.
В зависимости от присутствия тех или иных тонкодисперсных минералов, обычно слагающих в глинах фракцию меньше 0,001 мм, химиче¬ский состав глин меняется в широких пределах. Это может быть иллюстрировано табл. 2—V.
Из табл. 2—V видно, что химический и минералогический состав коллоидной фракции различных глин существенно неодинаков. Особенно велики колебания содержания глинозема и щелочей. Заметно меняется также потеря при прокаливании. Эти изменения объясняются разно¬родностью общей геологической обстановки формирования глин, кото¬рая вызывает изменение их минералогического состава. При кратковре¬менном выветривании обломочный материал подвергается лишь относи¬тельно слабому видоизменению и, как следствие этого, глинистые породы содержат мало глинозема и много щелочей (гидрослюдистые глины). При более длительном выветривании щелочи удаляются из продуктов разрушения материнских пород, и в них возрастает содержание глинозема

(каолинитовые глины). Химический анализ не дает полного предста¬вления о минералогическом составе глин. Большое содержание SiCb может быть обусловлено как присутствием в каолинитовой глине при¬меси кварца, так и преобладанием минералов группы монтмориллонита, поэтому надо применять комплексное исследование.


Макроскопический облик и структуры глин. Их свойства


Для глинистых пород характерен ряд признаков, в частности некоторые особенности внешнего вида. Глины представляют собой тонкодисперсные породы, окрашенные в разнообразные цвета. Цвет их зависит от минерального состава глинистой массы и присутствия красящих примесей. Каолинитовые, гидромусковитовые, монотермитовые и некоторые монтмориллонитовые глины имеют белую, светло-серую и желтовато-белую окраску. Некоторые гидрослюдистые (в особенности глауконито-вые), монтмориллонитовые, нонтронитовые и гидрохлоритовые глины
характеризуются зеленовато-голубой окраской. Наличие органичес¬ких веществ, даже в небольшом количестве, определяет- черный цвет глин, окислы железа и марганца вызывают их красную, фиолето¬вую и бурую окраску; примесь мелких частиц хлорита или глауконита обусловливает голубовато-зеленую окраску и т. д.
Многие разновидности глин характеризуются тонкой горизонтальной слоистостью, намечаемой иногда слойками, толщиной всего в несколько сотых миллиметра. Некоторые разновидности глин (ленточные) обла¬дают ясно выраженной ритмичной слоистостью. У многих глин макроско¬пически видимая слоистость отсутствует. Другие глинистые породы характеризуются пятнистыми текстурами, возникающими или в процессе осаждения, или во время диагенеза. В некоторых случаях наблюдаются плойчатые текстуры, образующиеся во время оползания глинистых осад¬ков или в результате неравномерной усадки глинистых илов при их дегидратации.
В глинах наблюдаются следующие типы структур, обусловленные величиной частиц, слагающих глину, или процессами отложения вещества из растворов.

а) Пелитовая — характерна для глинистых пород, состоящих почти исключительно (более чем на 90%) из частиц, меньших 0,005 мм. В за-висимости от степени дисперсности материала среди пелитовых струк-тур различают пылеватую (преобладание частиц 0,005—0,001 мм) и гелевую структуру (преобладание частиц < 0,001 мм). Глины с геле¬вой структурой исключительно мелкозернисты и обладают или скрыто-кристаллическим (тогда они изотропны в скрещенных николях), или частично кристаллическим строением за счет перекристаллизации пород во время окаменения.
 
б) Алевропелитовая — характеризуется тонкодисперсной глинистой массой, на фоне которой заметны алевритовые частицы (не менее 5%). Эта структура свойственна некоторым тугоплавким и строительным глинам.

в) Псаммопелитовая — отличается от предыдущей присутствием, кроме алевритовых, также и песчаных частиц. Наблюдается часто в тугоплавких и строительных глинах.
в) Фитопелитовая — типична для темноокрашенных глин,' богатых органическим веществом. В тонкодисперсной массе этих глин присут-ствуют как породообразующий элемент остатки растений или их обрывки, различной степени сохранности, а также рассеянные коллоидные органические вещества.

д) Конгломератовидная и брекчиевидная — образуются или в результате местного размыва глинистых отложений и цементации возникших обломков глинистым же веществом или во время диагенеза.
 
е) Ооидная (бобовая) структура обусловлена наличием в тонко-дисперсной глинистой массе округлых образований (ооидов) различной величины без концентрического строения, сложенных обычно тем же глинистым минералом, что и вся масса. Ооиды часто окрашены окислами железа или органическими соединениями. Наблюдаются ооиды, сложенные целиком окислами железа.

ж) Оолитовая структура — структура пород, состоящих из оолитов.
В глинистой массе присутствуют как ооиды, так и оолиты. Оолиты. обычно . с несколькими концентрами, которые различаются по своему составу и сложены глинистыми минералами, как и вся основная масса, окислами железа, тонкодисперсным органическим веществом, хлоритами и другими минералами.

з) Сферолитовая — возникает в глинистых породах благодаря появлению в них цри окаменении сферолитов, обычно кальцита или сидерита.

и) Реликтовая — характерна тем, что в породе видны контуры частиц, за счет видоизменения которых образовались глинистые минералы.

Для глин могут быть выделены определенные разновидности микро-текстур на основе различного расположения пластинчатых частиц и не-одинаковой их оптической ориентировки. Среди микротекстур наиболее обычны следующие.

а) Спутанно-волокнистая — характеризуется в скрещенных нико- лях наличием в шлифе беспорядочного переплетения тонких волокон, поочередно, погасающих и просветляющихся при вращении столика.

б) Ориентированная — характеризуется наличием агрегатов ча¬стиц со строго одинаковой оптической ориентировкой, которые благодаря этому выглядят в скрещенных николях как один кристалл. При враще¬нии шлифа при скрещенных николях значительные его участки одновре¬менно гаснут или просветляются. Подобная микротекстура образуется при спокойном осаждении пластинчатых частиц глинистых минералов, наслаивающихся параллельно друг другу.

в) Чешуйчатая — характеризующаяся беспорядочным расположением глинистых минералов.
Характерным физическим признаком глин, очень важным для тех-нологии, является пластичность, т. е. способность массы влажной глины изменять под давлением свою форму и сохранять ее после устранения давления. По этому признаку все глинистые породы подразделяются на собственно глины, обладающие пластичностью, и аргиллиты, т. е. камнеподобные породы, не размокающие в воде. Своеобразной разновидностью аргиллитов являются сухарные глины.
Пластичные глины с большим содержанием глинистых частиц обладают жирным и шелковистым блеском. Тонко дисперсные, но непластич-ные глины чаще имеют ровный или раковистый, иногда слабо блестящий излом. Глины с примесью песчаных и алевритовых фракций характери-зуются землистым изломом.
Другим характерным свойством глин, определяющим область их применения в промышленности, является огнеупорность. Огнеупорные глины сплавляются при температуре от 1580 до 1770°. Они представлены каолинитовыми разновидностями, чистыми или с примесью монотермита. Гидрослюдистые, наиболее широко распространенные кирпичные глины плавятся при температуре ниже 1350°.
Большое значение имеет также интервал температур плавления и спекания глин. Спекание глин происходит в результате местного пла¬вления минеральных частиц, происходящего без деформации глины. Чем больше интервал спекания (он достигает иногда 300—400°), тем выше производственная ценность глин. В результате спекания глины или изделия из них превращаются в твердый камнеподобный материал, не размокающий в воде.
Для глин характерна иногда поглотительная способность, используемая для очистки разнообразных минеральных и органических продуктов. К числу особенностей глин относится также липкость, малая химическая активность, способность к образованию устойчивых суспензий и др.
Различные типы глин применяются в керамической, огнеупорной, строительной и других отраслях промышленности.
Сопоставление основных физико-химических свойств главных групп глинистых минералов
 (по данным М. Ф. Викуловой) 

 Глинистые минералы
Физико-химические свойства Гидрослюдистые Каолшштовые Монтмориллонитовые и бейделлитовые глины

 
 
Пределы изменения показателей преломления Двупреломление Облик агрегатов частиц под обычным микроскопом
Облик частиц в электронном микроскопе
Цвет при окрашивании 0,001 %- ным раствором метиленголубого красителя
То же, при добавке насыщен¬ного раствора КС1
Цвет при окрашивании насы-щенным раствором солянокисло¬го бензидина
Способность к пабуханию
Характер кривой нагревапия
 
1,560-1,600 . 0,014-0,020
Удлиненные пластинки с резко очерченными краями
Удлиненные полупрозрачные и непрозрачные пластинки с рез¬кими очертаниями
Фиолетово-синий, синий
Фиолетово-синий, синий, голу¬бой
Грязврвато-синий и серо-синий
Незначительная
Три эндотермические реакции в интервалах 100—150, 500—600 и 850—900° и иногда одна экзо-термическая реакция в интерва¬ле 925-1020°
 
1,558—1,570
0,005-0,009
Изометричные или удлиненные пластинки с неровными краями
Шестиугольные непрозрачные пластинки и неправильные по форме частицы с резко очерчен¬ными краями
Блеклый светло-фиолетовый
Блеклый светло-фиолетовый Не окрашивается
Ничтожная
Эндотермическая реакция в ин-тервале 500—600° и две экзотер-мические реакции в интервалах 900—1050 и 1100-1200°. Иногда еще одна небольшая эндотерми¬ческая реакция в интервале 100— 150° (у пластичных тонкодисперсных глин* и у глин с примесью галлуазита)
 
В некоторых случаях пригодность глин может быть определена по их внешнему виду. Так, глины ярко-красного или бурого цвета, как содержащие много соединений железа, не могут быть огнеупорными и кера-мическими. Если такие яркоокрашенные глины однородны и не содержат крупных включений карбонатов, то они могут быть кирпичными. Если они тонкозернисты, то могут использоваться как гончарные, а при значитель-ном содержании окислов железа— относятся к группе минеральных красок.
Глины белого цвета, светло-серые, светло-желтые, светло-розовые и светло-зеленые могут быть огнеупорными, тугоплавкими или даже легкоплавкими, если они сложены монтмориллонитом. Огнеупорными могут быть иногда глины темно-серого и черного цвета, и, наоборот, даже очень светлые глины могут быть неогнеупорными, если в них присутствуют в значительном количестве карбонаты, соли, гипс и другие легкоплав¬кие минералы.
Неразмокающие камнеподобные глины с раковистым изломом могут быть огнеупорными. Глины, кусочки которых при погружении в воду, размокая, сильно набухают и длительное время сохраняют свою форму, всегда оказываются поглощающими. Сопоставление' основных физико-химических свойств главных групп глинистых минералов приведено в табл. 3—Y.


Гидрослюдистые глинистые породы


В глинах этого типа преобладают глинистые минералы, возникшие на первых стадиях Выветривания. Частицы, слагающие эти глины, меха-нически перенесены на место отложения, а коллоидно-химические минералы среди них играют подчиненную роль. Типичным представителем этой группы глин являются ленточные и другие ледниковые глины. К этому типу относятся также наиболее широко распространенные среди осадочных пород глины, представляющие собой смесь продуктов физического и относительно слабого химического выветривания.
Гидройлюдистые глинистые породы характеризуются преобладанием среди глинистых минералов гидрослюд, представленных почти всегда смесью различных типов гидрослюд. В некоторых разновидностях при-сутствует примесь хлорита, каолинита и монтмориллонита. Кроме того, как показали исследования последних лет, в них часто присутствуют смешанно-слойные образования, особенно часто ряда, гидрослюда-монт-мориллонит. Кроме глинистых минералов, в состав данных глин входит почти всегда значительная примесь обломочных зерен, содержание кото-рых особенно велико в песчаных, алевритовых и пылеватых фракциях. Минералогический состав этих обломочных зерен разнообразен. Они сло-жены, кроме кварца, полевыми шпатами и разнообразными цветными минералами.
Химический состав гидрослюдистых глин изменяется в зависимости от типа выветривания и состава исходных пород. Наиболее характерной его особенностью является значительное содержание окиси калия. У ги-дрослюдистых глин, отложенных в водоемах с повышенной концентрацией солей, повышается содержание окиси кальция, магния и иногда железа.
В зависимости от пластичности рассматриваемые глины, так же как и глины в целом, подразделяют на пластичные собственно глины и на аргиллиты. В виду того, что гидрослюдистые глины пользуются наи¬более широким распространением среди глинистых пород, большая часть аргиллитов образуется за счет окаменения именно этих глин.
 

Главные типы пород

 
Пластичные глины. Эти глины характеризуются обычно серой, корич-невой, красной, зеленой и голубоватой окраской. Белая окраска встре-чается редко. Иногда они обладают отчетливой слоистостью; обычна примесь обломочного материала.
Гидрослюдистые глины типичны для четвертичных ледниковых от-ложений. Гидрослюды также очень широко распространены среди со-временных илистых осадков северных морей. Примерами весьма древних гидрослюдистых глин являются нижнекембрийские ламинаритовые глины Ленинградской области. Согласно данным М. Ф. Викуловой, они состоят во фракции < 0,001 мм из гидрослюд с примесью каолинита, а в более крупнозернистых фракциях, кроме обломочных зерен, встречаются также сидерит и органическое вещество. Синие глины этого же возраста состоят из двух разновидностей гидрослюд, измененного глау¬конита и хлорита. Во фракции > 0,005 мм присутствуют пирит и кальцит.
Широко распространены гидрослюды в ряде других глин Русской платформы. Так, совместно с монтмориллонитом они слагают нижне-оксфордские глины. Третичные глины Северо-Восточного, Казахстана и прилежащих участков Западно-Сибирской низменности в значительной степени сложены также гидрослюдами совместно с бейделлитом или каолинитом. Велико содержание гидрослюд в составе глинисто-сланцевых толщ.
Аргиллиты. Аргиллиты возникают в первой стадии окаменения глин. Вторым этапом является формирование глинисто-слюдистых сланцев (филлитов), которые благодаря интенсивности их преобразования следует причислить не к осадочным породам, а к метаморфическим.
Кроме уплотнения и повышения температуры, образование аргиллитов может быть вызвано кристаллизацией коллоидов, присутствующих в глинах, в верхних горизонтах земной коры. В подобных случаях ар-гиллиты залегают среди недислоцированных и неметаморфизованных осадочных пород. Аргиллиты, так же как и глины, могут обладать в раз-личной степени ясной слоистостью.
Массивные аргиллиты могут быть разнообразными, но по структуре не отличимы от глин. Плитчатые аргиллиты встречаются чаще массив-ных. К плитчатым аргиллитам относятся палеозойские граптолитовые сланцы и другие тонко и отчетливо слоистые разновидности.
Сланцевые аргиллиты. Сланцевые аргиллиты, или аспидные сланцы, относятся к группе метаморфических пород. Характерной особенностью их является наличие системы трещин кливажа, секущих слоистость. Распадение породы на плитки происходит по этим трещинам, а не по слоистости.
Разновидностью аспидных сланцев являются грифельные сланцы-, характеризующиеся двумя взаимно перпендикулярными системами тре-щин, близко расположенных друг к другу. Поэтому при выветривании эти сланцы распадаются на тонкие каменные палочки.


Происхождение и геологическое распространение


Гидрослюдистые глины широко распространены в континентальных и морских отложениях различного возраста. Это объясняется тем, что гидрослюды устойчивы при разнообразных физико-химических условиях среды отложения. Образование гидрослюд происходит на первых этапах выветривания материнских пород, и поэтому они наиболее типичны для областей с холодным или умеренно-теплым климатом.
Вероятно, по мере дальнейшего изучения гидрослюд среди них будут выделены разновидности, возникающие при более узком диапазоне из¬менений среды отложения, и поэтому более показательные для восстано¬вления условий образования древних глин.


Практическое применение


Гидрослюдистые глины и глины пестрого минералогического состава обычно являются неогнеупорными и, если они пластичны и однородны, могут применяться для изготовления грубой керамики (строительный кирпич, черепица и пр.ф Лишь монотермитовые глины, переходные к као-линитам, являются огнеупорными.
Легкоплавкие глины применяются для изготовления обычного строи-тельного кирпича, черепицы й других' изделий. Подобные глины не должны иметь примесей щебня,> крупных карбонатных конкреций, вклю-чений гипса и сульфидов железа, а также растительных остатков. Такие примеси вызывают вспучивание кирпичей, образование в них трещин, раковин и пустот. Примесь тонкораспыленных карбонатов в глине не является препятствием для использования ее при изготовлении черепицы и кирпича.
Среди гидрослюдистых глин, хотя и редко, но встречаются и туго-плавкие глины, применяющиеся для изготовления канализационных труб, клинкера, кислотоупорных и других изделий. Используемые для этих целей глины должны иметь достаточную пластичность и давать возможно меньшую усадку при обжиге.
Гидрослюдистые, обычно в той или иной мере'карбонатные глины используются в цементной промышленности. Они не должны содержать крупных песчаных зерен. Химический состав глин, наиболее пригодных для производства цемента, должен отвечать следующим условиям: а) со-держание кремнекислоты должно в два-три раза превышать количество полуторных окислов алюминия и железа; б) содержание полуторных окислов алюминия должно быть в полтора-три раза больше, чем окислов железа. Наиболее удобным для эксплуатации являются морские глины, однако ряд цементных заводов использует также глины другого происхождения.
 

Глинистые породы каолинитовой группы. Каолиновые глины


К подобным глинам относятся первичные каолины (глины коры выветривания, сложенные в основном каолинитом), вторичные каолины, возникающие при переотложении первичных, и каолинитовые глины, образующиеся обычно за счет выпадения соответствующих продуктов глубокого выветривания из коллоидных растворов.
Каолины и каолинитовые глины окрашены преимущественно в свет-лые тона (белые, светло-серые, желтовато-белые). Однако даже при не-большой примеси органических (гуминовых) веществ они приобретают темно-серую или даже черную окраску (углистые глины). Как показали исследования, произведенные М. Ф. Викуловой при помощи электрон¬ного микроскопа, частицы каолинита в коллоидных фракциях имеют различное происхождение.
Иногда каолинит образуется на месте образования глины за счет кристаллизации гелей кремнекислоты и глинозема, и тогда его частицы обладают правильными кристаллографическими очертаниями. Этот спо-соб образования типичен для первичных каолинов коры выветривания и некоторых озерно-болотных отложений (сухарные глины). В других случаях каолинит образует псевдоморфозы по частицам мусковита, а мо-жет быть и других минералов, в результате постепенного их разложения в коре выветривания.
При размыве коры выветривания каолинит подвергается переносу и отлагается в виде очень мелких частиц. Такие частицы характеризуются неправильной формой, вызванной раздроблением их при переносе.
В более крупнозернистых фракциях каолинит образует пластинчатые листочки. Встречаются также довольно крупные (0,1 мм и более) сростки, имеющие вид удлиненных червеобразных изогнутых зерен.
Кроме каолинита, в описываемых глинах всегда присутствует примесь галлуазита, гидрослюд, органических веществ, пирита, сидерита и обломочных зерен (в особенности зерен кварца и выветрелого полевого шпата).
Структуры каолинитовых глин характеризуются некоторыми осо-бенностями. Кроме обломочных структур, характерных для гидрослю-дистых глин (псаммопелитовой и алевропелитовой), в каолинитовых гли-нах широким распространением пользуются гелевые структуры, образующиеся при коагуляции коллоидных частичек, меньших 0,001 мм в по-перечнике. Из микротекстур наиболее характерны спутанно-волокни¬стая и ориентированная.
Некоторые разновидности каолинитовых глинистых пород (сухар¬ные глины) характеризуются иногда неравномерным расцределением более светлых и темных участков породы, обогащенных органическим веществом (хлопьевидная, струйчатая, конгломератовидная и брекчие-видная структуры), присутствием ооидной (бобовой) и сферолитовой структур.


Главные типы пород


Первичные каолины. Они обычно белого цвета и в этом случае при обжиге дают белый черепок. Залегают на кислых кристаллических по-родах, за счет выветривания которых они образуются. Мощность каоли-новой коры выветривания может быть велика (обычно десятки метров, нередко около ста метров). В вертикальном разрезе она подразделяется на три зоны: в основании — зона дресвы, выше — гидрослюдистая и каолинитовая.
Первичные каолины обычно мало пластичны и содержат примесь обломочных частиц (кварца, неразложившихся полевых шпатов, слюды и др.), количество которых особенно велико в относительно крупнозернистых фракциях (больше 0,05 мм). В мелкозернистых фракциях преобла-дает каолинит. Присутствуют также гидратизированные слюда и галлуа- зит. Очень характерным признаком для первичных каолинов является постепенный переход вниз по разрезу в неизмененные породы и присут-ствие реликтовых структур, свойственных материнским отложениям.
Вторичные каолины. Вторичные каолины, в отличие от первичных, залегают всегда среди осадочных пород, часто среди песков, образуя более или менее мощные линзовидные пласты. Образуются они за счет размыва залежей первичных каолинов одновременно с их возникновением или в другую геологическую эпоху. Поэтому они распространены обычно в непосредственной близости к областям прежнего распространения као- линитовой коры выветривания.
Вторичные каолины окрашены в светлые тона, большей частью мучнисты,. малопластичны и требуют поэтому добавок пластичных глин при изготовлении фарфоро-фаянсовых изделий. Вторичные каолины, так же как и первичные, характеризуются высокой огнеупорностью.
Каолинитовые глины. Многие каолинитовые огнеупорные глины, как показали работы М. Ф. Викуловой, образовались в основном не за счет отложения обломочных частиц каолинита, а путем синтеза каолинита из гелей кремнезема и глинозема на месте образования осадка. Это объ-ясняется тем, что кремнезем и глинозем образуют золи противополож-ного заряда, оказывающего взаимное коагулирующее воздействие, что приводит в условиях водной среды к синтезу алюмосиликатов. В каоли- нитовых огнеупорных глинах, широко распространены частицы каоли-нита правильной гексагональной формы и наблюдаются структуры, воз-никающие при отложении коллоидного вещества (гелевая, ооидная и др.).
В каолинитовых глинистых отложениях можно различать две глав-ные разновидности — сухарные породы и наиболее часто встречающиеся пластичные огнеупорные глины.
Сухарные «глины». Благодаря своей высокой огнеупорности эти глины представляют большой промышленный интерес. Для этих пород харак¬терна исключительная тонкозернистость (они сложены часто на 85— 98% из частиц < 0,001 Мм), белый или серый цвет, раковистый излом и угловатая отдельность. В воде они почти не размокают и после размола с водой образуют малопластичное тесто. От пластичных каолинитовых глин сухарные отличаются также наличием примеси свободных гидроокислов алюминия, что сближает их с глинами типа флинт-клей, пере¬ходными к бокситам.
Для сухарных «глин» особенно свойственно большинство из указан-ных выше типов структур коллоидного происхождения, в частности брек-чиевидная (конгломератовидная) или, чаще, хлопьевидная структуры. В наиболее уплотненных разновидностях иногда присутствуют порфи- робластовые включения относительно крупных кристаллов каолинита.
Пластичные огнеупорные глины. Характеризуются светло-серой или серой окраской. Для них характерна также пелитовая структура и шел-ковистый блеск в изломе. В преобладающей части они ясно слоисты. Мощность пластов огнеупорных глин измеряется обычно несколькими метрами.


Происхождение


Каолинитовые породы типичны для разнообразных континентальных отложений и до настоящего времени не найдены среди морских осадочных пород. Они приурочены к коре выветривания или озерно-болотным, реже речным и дельтовым фациям. Встречаются они также среди отложений опресненных лагун. Важным условием их образования являются воды, богатые гумусом.
Каолинитовые породы возникали преимущественно при влажном тропическом и субтропическом климате в условиях суши с выравненным рельефом. В умеренно-теплом влажном климате чаще образовывались каолинит-гидрослюдистые и гидрослюдисто-каолинитовые глины.

Геологическое распространение

Каолинизированные породы встречаются еще с докембрия, но значительные скопления каолинитовых пород известны лишь со среднего палеозоя, где они образуют определенные парагенетические ассоциации с другими осадочными породами, главным образом с углями, бокситами и кварцевыми песчаниками.
Крупные месторождения огнеупорных глин известны в нижнека-менноугольных отложениях Подмосковной котловины, в меловых (?) отложениях Воронежской области, в третичных отложениях Украины. На Урале месторождения первичных каолинов связаны с доюрской ко¬рой выветривания, а залежи каолинитовых огнеупорных глин развиты в меловых и третичных отложениях. Аналогичного типа месторождения известны также на Украине, в Сибири и Средней Азии.
Практическое применение
Каолины и каолинитовые глины — важные полезные ископаемые. Они используются в керамической (фарфоро-фаянсовой), огнеупорной, бумажной, резиновой, мыловаренной, косметической и других отраслях промышленности.
Каолин является основной составной частью массы, употребляемой для приготовления фарфора. В состав этой массы входит, кроме того, огнеупорная глина, кварцевый материал (кварц или кварцевый песок) и полевой шпат.
Фаянсовая масса отличается от фарфоровой иным содержанием глины (30—35% вместо 7—20%), худшим ее качеством (дает при.обжиге не такой белый черепок) и степенью пористости полученных изделий (у фаянса 12—15%, у фарфора — меньше 0,5%). Фарфоровые и фаянсо¬вые изделия обладают белым черепком, поэтому основным требованием керамической промышленности к каолинам является ограниченное со-держание в них красящих окислов (железа, титана и хрома), которое не должно превышать 1,5%. Вредны механические примеси, а также рас-творимые соли и сернистые соединения. Желательна хорошая пластич-ность каолинита; ею, однако, обладают лишь некоторые его разно-видности каолинов.
Каолинитовые глины, применяющиеся в огнеупорной, промышлен-ности, должны обладать огнеупорностью не ниже 1580°. Вредными при-месями в них являются известь (вызывает понижение огнеупорности, увеличивает размягчение под нагрузкой и дает- усадку при обжиге), органические вещества (уменьшают пластичность глин, увеличивают по-ристость изделий), железо, особенно в виде сульфидов (понижает огне-упорность, вызывает образование черных пятен), щелочи и окись титана (понижает огнеупорность). Содержание извести в огнеупорных глинах не должно превышать 1%, содержание железа— 3,5%, содержание щелочей — 2%. Примесь слюды также является' вредной и понижает огнеупорность.
Для производства шамотных огнеупорных изделий огнеупорные глины используются частично в обожженном и размолотом, а частично в сыром виде в качестве связующего материала.
Бумажная промышленность является главным- потребителем као-лина, используя его как наполнитель в количестве 20—40% от общего объема бумажной массы. Каолин придает бумаге более гладкую поверх-ность, повышает ее плотность и просвечиваемость.
Необходимым условием для применения каолина в бумажной про-мышленности должно быть отсутствие в нем примеси песка, а также минимальное количество окислов железа, вызывающих пожелтение бумаги.
В резиновой промышленности каолин используется как наполнитель в составе резины, увеличивающий ее стойкость против истирания и кислото¬упорность.
В мыловаренной промышленности каолин также используется как наполнитель. Хозяйственное мыло содержит 10—40% каолина, туалет-ное— 5%. В косметической промышленности каолин входит в состав разнообразных паст, мазей, помад, грима в качестве связующего, легко отмываемого вещества. В большом количестве каолин применяется при изготовлении пудры.
 

Глинистые породы монтмориллонитовой группы монтмориллонитовые глины


Глины монтмориллонитовой группы раньше назывались сукновальными в связи с их применением для обезжиривания шерсти при валянии сукна, а также отбеливающими глинами или фулеровыми землями. В на-стоящее время их чаще называют бентонитами и флоридинами. В состав этих пород входят кроме монтмориллонита и нонт^онита также смешаннослойные образования, чаще всего монтмориллонит-гидрослюдистые, близ¬кие по составу к монтмориллонитовой группе. Некоторые разновидности монтмориллонитовых глин сильно разбухают при погружении в воду.
Типичные монтмориллонитовые глины часто жирны на ощупь, на-поминают воск, иногда пористы, обычно белого, светло-серого или желто¬вато-зеленого цвета. Бейделлитовые и нонтронитовые глины окрашены иногда в зеленый или голубоватый цвета.
Из примесей для глин монтмориллонитовой группы характерны опал, кальцит, гипс, иногда барит и органические вещества (обычно в небольшом количестве). Из обломочных зерен встречаются кварцит, биотит, полевые шпаты и другие минералы, типичные для туфов и вулканических пород, за счет выветривания которых в ряде случаев и образуются монтмориллонитовые глины.
Структура глин монтмориллонитовой группы может быть разнооб-разна. Монтмориллонитовые глины, образующиеся при выветривании туфов, характеризуются реликтовыми пепловыми структурами. Другие типы, возникающие за счет осаждения коллоидных частиц соответствую-щих глинистых минералов, обладают теми же структурами, как и као- линитовые глины.
Основной особенностью монтмориллонитовых глин является их по-глотительная способность, связанная с активным катионным обменом без нарушения кристаллической решетки.
Наиболее широкое применение в промышленности получили флори-дины и бентониты. Флоридины почти не разбухают при погружении в воду. Бентониты же обладают способностью быстро разбухать в воде.
Флоридины обладают в естественном состоянии повышенной способ-ностью адсорбировать красящие вещества и примеси из органических и минеральных веществ, а бентониты в естественном состоянии пригодны лишь для обезжиривания и приобретают высокие адсорбирующие свой-ства при обработке химическими реагентами (обычно кислотами).


Главные типы пород


Флоридины (суббентониты, или отбеливающие земли). Флоридиновые глины представляют собой по внешнему виду высокодисперсные жирные на ощупь породы от светло-серого, коричневатого и зеленовато-серого почти до черного цвета. Во влажном состоянии имеют восковидный блеск. Некоторые разновидности при погружении в воду рассыпаются в тонкий порошок («гасятся водой»).
Наиболее известными представителями флоридинов являются гумбрины Закавказья и нальчикины Дагестана.
Залежи гумбрина подчинены известковистым песчано-глинистым сеноманским отложениям, среди которых присутствуют многочисленные прослои туфогенных песчаников и пелитовые туфы. Преобразование этого вулканогенного материала и послужило, вероятно, причиной образования гумбринов.
Нальчикины залегают среди мергелей фораминиферовой свиты. Минералогическое изучение нальчикннов показало, что они сложены главным образом монтмориллонитом, свободным кремнеземом и, возможно, аллофаном. Заметны реликты полевых шпатов, кристалликов роговой обманки и мусковита. Присутствуют радиолярии и диатомовые. В. П. Ренгартен полагает, что первоначально морские осадки, из которых затем образовались нальчикины, заключали в большом количестве ча-стицы вулканического пепла.
Флоридиновые глины образуются не только в разнообразных по глубине морских бассейнах. Их месторождения известны также и среди континентальных толщ (плиоценовые флоридины Татарстана).
 
Бентониты. Встречаются реже, чем флоридины, и представляют обычно слоистые светлоокрашенные зеленоватые или желтые глинистые породы, иногда темнеющие при выветривании. Жадно поглощая воду, иногда даже с повышением температуры, бентониты, как правило, резко увеличиваются в объеме и приобретают студенистый вид. При высыхании многие бентониты покрываются трещинами и распадаются на твердые остро¬угольные куски.
К числу бентонитов относятся асканиты Грузии, гюль-аби Азербайджана и огланлинские глины Средней Азии.
Асканиты залегают среди вулканогенной эоценовой толщи. Под мик-роскопом в них, по данным Д. С. Белянкина, отчетливо заметны частицы пепла, замещенные монтмориллонитом. На неизмененных поро¬дах залегает аскангель, который выше сменяется более преобразованной выветриванием асканглиной.
Значительное количество частиц вулканического стекла присут-ствует и среди гюль-аби, залежи которого подчинены типично морским третичным отложениям Азербайджана, среди которых широко распространены пеплы.
Помимо вулканогенных пород, бентониты часто сочетаются также с карбонатными отложениями (обычно мергелями) и реже с трепелами. Примером этого являются огланлинские бентониты, залегающие среди палеогеновых трепелов, судя по микрофауне, достаточно глубоко¬водных.


Происхождение


Монтмориллонитовые глины в большинстве случаев являются про-дуктами подводного преобразования пепла в морских условиях, однако возникают и на суше в коре выветривания основных пород и за счет ее переотложения. И. Д. Седлецкий считает, что монтмориллонит широко распространен в степных почвах. Монтмориллонитовые глины возникают также в результате выщелачивания известняков.
Бейделлитовые глины часто присутствуют в морских отложениях, образуясь за счет глубокого преобразования гидрослюд. Эти глины воз-никают и на суще, в частности в коре выветривания основных пород. Четких различий между континентальными и морскими бейделлитовыми глинами, за исключением обычных геологических данных, пока не установлено.
Нонтронитовые глины характерны лишь для коры выветривания основных изверженных пород; значительные их скопления среди других отложений пока неизвестны.


Геологическое распространение


Месторождения монтмориллонитовых глин известны в отложениях различного возраста. Наиболее крупные из них сосредоточены в меловых и третичных отложениях геосинклинальных областей и близких к ним районов (Крым, Северный Кавказ, Закавказье, Средняя Азия). Реже они встречаются на платформах (Татарстан и др.).


Практическое' применение


Флоридины, благодаря их способности в естественном виде поглощать определенные вещества, 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.
Бентонитовые глины употребляются также для приготовления глинистых растворов, используемых при бурении. Применяемая для растворов глина должна быть тонкодисперсной, давать с водой вязкую, долго не оседающую суспензию и содержать в себе минимальное количество песчаных частиц.
Благодаря высоким связующим свойствам бентониты употребляются в качестве формовочных глин, а иногда и в мыловаренной промышленности.