Минеральный состав глинистых сланцев и аргиллитов » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Минеральный состав глинистых сланцев и аргиллитов

31.07.2021

Состав наносных глин и сланцев сложен и разнообразен, так как он состоит из продуктов абразии (главным образом, алеврита), конечных продуктов выветривания (остаточные глины) и химических, и биохимических примесей (рис. 8-7). Эти примеси или выпадают в осадок из раствора и отлагаются одновременно с глинами, например карбонат кальция, или же они поступают в процессе реакции или обмена с окружающей средой (обычно морской водой), как, например, калий или магний. Состав некоторых разновидностей или подклассов глинистых сланцев зависит главным образом от относительного вклада нескольких источников сноса; вследствие этого как минералогия, так и химический состав изменяются в широких пределах. Типы и соотношения алевритов, имеющих механическое происхождение, зависят от рельефа и климата области питания. Если эти материалы отсутствуют или редко встречаются, то глинистые породы обогащаются остаточными материалами, и при соответствующих условиях они обогащены химически осажденными кальцитом, арагонитом, сидеритом, шамозитом, кремнеземом и в некоторых случаях органическим веществом.
Минеральный состав глинистых сланцев и аргиллитов

Малый размер частиц затрудняет определение минерального состава глинистого сланца. Лишь крупные частицы (более 0,01 мм) можно определить под микроскопом с достаточной точностью. Они такие же, как и зерна в алевритах и тонкозернистых песчаниках. Остаток представляет собой нерастворимую массу. Тонкую фракцию можно отделить, поместить в рентгеновский дифрактометр и приблизительно определить компоненты и их соотношения. Зная, какие минералы имеются, можно подсчитать предполагаемый минеральный состав глины или сланца исходя из их химических анализов. Подобные расчеты показывают, что крупные фракции представлены преимущественно кварцем и полевыми шпатами, а мелкие фракции богаче глинистыми минералами, слюдами глин, хлоритом и гидроокислами железа.

Глинистые минералы


Состав и текстура. Когда силикаты первичных кристаллических пород разрушаются при выветривании, они образуют среди других соединений группу минералов, известную под названием «глинистых минералов». Эти минералы представляют собой гидратированные алюмосиликаты. обычно с частичным замещением алюминия железом и магнием. Они тонкозернисты, обычно менее 5 мкм, а в некоторых случаях их размер измеряется миллимикронами. Эти минералы встречаются не только в остаточных глинах, образованных в результате распада на месте материнских пород, но они также переносятся и отлагаются в виде осадка. Они образуют значительную часть глин и сланцев, что и определяет особенности этих пород, а также встречаются в смеси с карбонатами в глинистых известняках и в смеси с обломочными материалами, имеющими размер песка в некоторых песчаниках.

Глинистые минералы трудно определить из-за их очень малых размеров. В шлифах редко удается правильно определить глинистые минералы. Для достоверных определений требуются специальные методики для выделения глинистых минералов и изучения их химическим, оптическим, рентгеновским и другими способами.

Обычные глинистые минералы сланцев являются филлосиликатами, которые имеют слоистую структуру, в какой-то степени похожую на структуру слюд. Эти минералы состоят из двух типов слоев (рис. 8-8). Один представляет собой силикатный тетраэдрический слой, состоящий из групп SiO4, соединенных вместе и образующих гексагональную решетку структуры Si4O10, повторяющуюся бесконечно. Другой тип слоя представлен окисью или гидроокисью алюминия, слагающими два слоя плотно упакованных атомов кислорода или гидроксилов, между которыми располагаются октаэдрически координированные атомы алюминия, в позиции, равно отстоящей от шести атомов кислорода или гидроксилов. Фактически в этом слое, имеющем гиббситовую структуру, только 2/3 потенциальных мест занято алюминием.

Глинистые минералы относятся к двум группам. В каолинитовой группе минерал характеризуется двухэтажной (1:1 слой) решеткой, состоящей из одного октаэдрического или гиббситового слоя, связанного с одним кремнекислородным тетраэдрическим слоем. Эта решетка не расширяется в зависимости от изменяющегося содержания воды и замещения на железо или магний в гиббситовом слое неизвестны. Другая группа глинистых минералов характеризуется трехэтажной (2:1) решеткой. В этом типе решетки октаэдрический алюминиевый слой расположен между кремнекислородными тетраэдрическими слоями. Несколько важных глинистых минералов принадлежит к трехэтажной группе. В монтмориллоните эти трехэтажные ячейки свободно объединяются по оси с, а вода и катионы расположены между ними. Количество воды изменяется таким образом, что величина с варьируется от 9,6 до 21,4 А. Минерал имеет разбухающую решетку. Трехслойные соединения могут также объединяться калием, который благодаря соответствующему ионному диаметру и координационным свойствам связывает структуру воедино столь плотно, что расширение невозможно. Глинистая слюда, образованная таким образом, представляет собой иллит. Хлоритовая группа также имеет трехэтажную структуру, характеризующуюся внедрением бруситового слоя Mg(OH)2 между трехэтажными элементами. В каждой структурной группе возможны многие варианты по составу. Хотя многим из них на основании состава даны специальные названия, можно считать, что каждая группа проявляет беспредельно широкий диапазон состава. Глинистые минералы классифицируются главным образом на основе их структуры (см. рис. 8-8).

Основные группы глинистых минералов: каолинита, монтмориллонита, иллита или мусковита и хлорита. Главным членом группы каолинита является каолинит, который имеет формулу (OH)SAl4Si4O10. Аноксит подобен каолиниту, за исключением молекулярного отношения SiO2 : Al2O3 приблизительно равного трем вместо двух, что менее обычно. Диккитинакрит, сходные с каолинитом по составу, но с небольшими отличиями по форме кристаллов, также являются членами данной группы. Однако они редко встречаются в осадках.

Монтмориллонитовая группа, получившая свое название по главному минералу группы, монтмориллониту, имеет состав

Магний обычно замещает часть ионов алюминия в решетке. В монтмориллонитовую группу входят бейделлит, который имеет молекулярное отношение SiO2 : Al2O3 равное трем, и нонтронит, в котором окисное железо замещает алюминий.

Иллитовая, или глинисто-слюдистая группа включает иллит, который имеет общую формулу

где «у» варьируется от 1 до 1,5. Иллит является разновидностью белых слюд, но отличается от них, вероятно, тем, что содержит меньше калия и больше воды, чем обычно свойственно слюдам. Кроме разновидностей иллита, группа содержит глауконит.

Группа хлорита состоит из минералов богатых магнием, которые широко представлены в сланцах и в которых ионы двухвалентного железа занимают видное место.

Известно также множество «смешаннослойных» глинистых минералов. Структура этой группы является результатом упорядоченного или неупорядоченного расположения основных глинистых минеральных пакетов друг относительно друга по оси с. В некоторых из них отмечается переслаивание двух- и трехэтажных слоев. Подобные типы смешаннослойного строения обычно называют каолинит-иллитовыми, хлорит-иллитовыми и так далее, вместо того чтобы изобретать новые наименования для каждой смеси.

Помимо основных групп, перечисленных выше, некоторые глинистые минералы реже встречаются и имеют несколько отличную кристаллическую структуру, например, галлуазит (ОН) 16Al4Si4О6, а также менее гидратированный метагаллуазит (OH)8Al4Si4O10 и аллофан, некристаллический взаимный раствор двуокиси кремния, окиси алюминия и воды в различных пропорциях. В некоторых случаях в глинах обнаруживают вермикулит и палыгорскит (сепиолит и аттапульгит). Ни один из этих менее распространенных глинистых минералов не найден в глинах.

Ионный обмен представляет собой обмен ионов раствора на ионы твердого вещества. Отсюда следует, что при контакте твердого вещества с раствором произойдет взаимный обмен ионов раствора на ионы твердого вещества. Глинистые минералы обладают этим свойством в различной (не всегда заметной) степени. Вообще монтмориллонит обладает большим потенциалом ионного обмена, в то время как у каолинита эта способность слабо выражена. Иллит занимает промежуточное положение между вышеупомянутыми минералами.

Обменный ион может замещаться только другими ионами. Сам по себе он не может свободно перейти в жидкость. Способ удержания обменных ионов и точный механизм, с помощью которого происходит ионный обмен, поняты не до конца. Высказаны различные точки зрения. Для ознакомления с ними рекомендуем работы Келли и Грима.

Распространение и происхождение глинистых минералов. Распространение, происхождение и изменения глинистых минералов полностью не изучены. Глинистые минералы образуются в основном при выветривании алюмосиликатов, но они могут образовываться также в седиментационной обстановке (ранне-диагенетическое происхождение) или в условиях погребения на некоторую глубину (позднедиагенетическое происхождение). Некоторые минералы являются скорее продуктами гидротермального процесса, а не выветривания или диагенеза. Одни из них могут быть образованы при осаждении из ионного раствора, другие при кристаллизации геля. Келлер дал обзор процессов, ведущих к образованию глинистых минералов.

Глинистые минералы, по-видимому, образуются в результате изменения ранее существовавших минералов. Данное положение особенно справедливо для пород почвенного профиля. Каолинит, монтмориллонит и иллит, вероятно, возникают в результате выветривания многих видов пород в различных климатических условиях. Любой исходный алюмосиликат может в результате выветривания переходить в каолинит; при выщелачивании удаляются К, Na, Ca, Mg, двухвалентное железо и добавляется водород. Каолинит легко образуется из гранитов, тогда как по габбро чаще всего развиваются минералы группы монтмориллонита. Силикаты К и Na, образованные в результате гидролиза щелочных полевых шпатов, легко растворимы и выщелачиваются, тогда как Ca, Mg и Fe имеют свойство соединяться с кремнеземом и образовывать монтмориллонит. Каолинизации способствует «кислая среда» подобная той, которая характеризует пресноводные условия. Монтмориллонит обычно образуется из известково-мафических пород, включая вулканический пепел, в среде, благоприятной для удерживания двухвалентных металлов и кремневой кислоты. Этому благоприятствует щелочная обстановка. Для образования иллита необходимо соответствующее количество калия. Четко установлено преобразование полевого шпата в иллит на месте.

Различные глинистые минералы, какими бы ни были их материнские породы и геохимическая обстановка образования, могут переноситься и отлагаться в среде, отличной от той, в которой они образовались. Некоторые петрологи полагают, что глинистые минералы очень подвержены изменениям и быстро приспосабливаются к новой среде. Дальнейшие изменения могут происходить после захоронения и связанного с ним повышения температуры и давления; новые изменения происходят, когда породы переходят в зону метаморфизма. При эрозии и выходе пород на дневную поверхность происходят дальнейшие преобразования. О них и их влиянии на минералогию глин будет идти речь в разделе, посвященном диагенезу.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: