Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Современные осадки

Современные осадки

16.10.2017

Проведено весьма ограниченное количество исследований состава глинистых минералов из осадков, накопляющихся в настоящее время в различных средах. Многие определения при этом неполны или основаны на недостаточно надежных аналитических данных. Молодые осадки часто состоят из сложных смесей сравнительно слабо окристаллизованных минералов, и их анализ особенно затруднителен. Без подробного исследования глинистых минералов путем комплексного применения метода диффракции рентгеновских лучей, дифференциального термического анализа и химического анализа нельзя получить достоверных результатов. Так, монтмориллонит, присутствующий в умеренных количествах, обычно не может быть определен, если образцы, которые используются для рентгеновского анализа, не обработать гликолем. Тем не менее имеются некоторые достоверные сведения о составе глинистых минералов молодых осадков, и эти данные достаточны для предварительного обсуждения вопроса о диагенетических изменениях в глинистых минералах и о связи типов глинистых минералов с определенными фациальными условиями накопления осадков.
Морская среда. Мюррей и Ренар на основании исследования материалов, собранных во время экспедиции на судне «Челленжер», высказали мысль, что мелкозернистая глинистая фракция осадков, накапливающихся на современном дне океанов, не имеет кристаллического строения. В то время была широко распространена идея об аморфной природе составных частей многих глин; в значительной мере это было связано с отсутствием надежных методов исследования глин.
Применяя современные методы исследования, Ревелль в 1936 г. и Корренс в 1937 г. первыми обнаружили кристаллическое строение мелкозернистой глинистой фракции современных морских осадков. Корренс и его сотрудники нашли, что во всех донных пробах, отобранных на судне «Метеор» в южной части Атлантического океана, присутствовала слюда (вероятно, иллит). В некоторых пробах глинистая фракция состояла (кроме слюды) преимущественно из каолинита, в других — из галлуазита и в нескольких пробах — из монтмориллонита. По этим данным была составлена карта распределения преобладающих глинистых минералов (слюда опущена из рассмотрения). Было обнаружено, что монтмориллонит распространен на сравнительно небольших участках, находящихся вблизи районов основной вулканической деятельности. Корренс отмечает, что применявшиеся им методы отличия галлуазита от каолинита были ненадежны, в связи с чем присутствие галлуазита в современных морских осадках пока еще нельзя считать точно установленным. Судя по данным Корренса, осадки южной части Атлантического океана представляют собой главным образом смеси глинистых минералов иллитового и каолинитового состава. Монтмориллонит, по-видимому, ограничен определенными районами, но этот вывод ненадежен, так как обнаружить небольшие количества этого минерала при помощи методов, применявшихся в то время Корренсом, было весьма затруднительно.
Некоторые из собранных на «Метеоре» образцов представляли собой колонки керна; Корренс не нашел никаких изменений в составе глинистых минералов из различных участков таких колонок. Диагенетические изменения в глинистых минералах, входивших в состав исследованных образцов, также обнаружить не удалось.
Лейнц при дальнейшем исследовании образцов, собранных на «Метеоре», отметил, что все образцы синей глины обнаружили слюду, а большинство из них также минералы каолинитового типа. В некоторых образцах синей глины был найден монтмориллонит. Все образцы глобигеринового ила содержали слюду, но лишь немногие обнаружили минералы из группы каолинита, который описан в отчете как галлуазит, и монтмориллонит.
Дитц определил состав глинистых минералов для 39 образцов, отобранных в различных океанах. (Большинство образцов собрано экспедицией «Челленджер».) Дитц обнаружил иллит во всех изученных им образцах; в 23 из них он оказался преобладающим глинистым минералом. Иллит в большом количестве встречался в глинах глубоких морей. Каолинит, хотя и в меньшем количестве, чем иллит, присутствовал во всех образцах. В 9 из них, взятых сравнительно близко к берегу, он преобладал. Небольшие количества монтмориллонита, не обнаруженного в большинстве осадков глубоких морей, были найдены в прибрежных пробах. Следует отметить, что надежные методы определения небольших количеств монтмориллонита в смесях слабо окристаллизованных материалов не были разработаны, когда Дитц проводил свою работу.
Дитц доказал возможность образования иллита на морском дне в современных осадках. По ею мнению, иллит образуется в значительной мере путем изменения монтмориллонита из исходного материала, унесенного в море.
Проведенные Ревеллем исследования образцов, отобранных с судна «Карнеджи», показали, что наиболее мелкая глинистая фракция имеет кристаллическое строение. К сожалению, применявшиеся им методы анализа не позволили достоверно определить преобладающие глинистые минералы. В нескольких образцах был определенно найден каолинит или галлуазит, но большинство образцов, по данным Ревелля, состоит из «бейделлитоподобного» глинистого минерала. По-видимому, образцы Ревелля были в большинстве случаев смесями глинистых минералов, и во многих из них иллит являлся преобладающим глинистым минералом.
Бремлетт и Брэдли, исследуя пробы, отобранные в Северной Атлантике с судна «Лорд Кельвин», не определили точно состав глинистых минералов этих проб. Они указывают, что оптические свойства глинистой фракции сходны с оптическими свойствами бейделлита или гидрослюды. Вероятно, их образцы глин представляли смесь глинистых минералов, и иллит был важной составной частью если не всех, то многих из них.
Кьюнен получил данные диффракции рентгеновских лучей для глинистой фракции нескольких образцов, отобранных с судна «Снеллиус» в районе Голландской Индии. Он обнаружил в каждом из исследованных образцов мусковит (вероятно, иллит), каолинит и монтмориллонит. Относительные количества глинистых минералов в разных образцах различны. Для корреляции состава глинистых минералов с типом осадка или океанографическими условиями было изучено слишком мало образцов.
Грим, Дитц и Брэдли исследовали ряд образцов, отобранных Скриппсом в Калифорнийском заливе и в Тихом океане у берегов Калифорнии. Все образцы содержали иллит, монтмориллонит и каолинит; иллит обычно был наиболее обильным, а каолинит наименее обильным глинистым минералом. В некоторых образцах присутствовал, по-видимому, глинистый минерал из группы хлорита. Исследованные глинистые минералы оказались сложными смесями, включающими смешанные кристаллы и механические смеси отдельных фаз. Вообще в современных осадках степень окристаллизованности ниже, размеры частиц меньше, а их срастания более тесны, чем в древних осадках, изученных этими авторами.
На основании полученных данных Грим и его сотрудники пришли к выводу, что каолинит в исследованных ими морских осадках очень медленно исчезает, изменяясь, вероятно, в иллит или в минерал группы хлорита. Согласно Гриму и другим, калий при этом извлекается накапливающимися осадками, большей частью «деградирующим иллитом» — иллитом, находящимся в результате процессов выветривания в среде с относительно низким содержанием калия. Магний также извлекается накапливающимися осадками, вероятно при образовании иллита или хлорита. Широкое распространение монтмориллонита указывает, что этот глинистый минерал не теряется полностью или быстро при диагенетических процессах.
Диагенетические процессы. Морская среда щелочная; никакого выщелачивания в ней нет; морская вода содержит значительное количество растворенного кальция. Подобные фациальные условия благоприятствуют скорее образованию монтмориллонитового, иллитового или хлоритового глинистого минерала, чем каолинита. По мнению Милло, изучавшего состав многих осадков, присутствие Ca++ препятствует образованию каолинита. Изучение процессов выветривания указывает, что каолинит не образуется из известковой первичной породы до тех пор, пока не будет удален весь карбонат.
Согласно Корренсу, в средах, в которых pH меньше 5, окись кремния нерастворима, a R2O3 относительно растворим. При значениях pH от 5 до 9 R2O3 очень незначительно растворим, а окись кремния становится все более и более растворимой, а при pH больше 9 растворимы и окись кремния и окись алюминия. Следовательно, при низких значениях pH в растворе будет мало окиси кремния, а каолииит, вероятно, является устойчивой формой. При более высоких значениях pH, большем количестве окиси кремния устойчивой формой в растворе, вероятно, будут глинистые минералы с более высокими отношениями окиси кремния к R2O3.
Милло показал, что золи окиси кремния относительно стойки и для флоккуляции необходимо значительное содержание катионов, в то время как золи окиси алюминия не очень стойки, флоккулируясь при относительно низком содержании катионов. Следовательно, по данным Милло, в среде с низким содержанием катионов будет значительное количество пригодной для реакции окиси алюминия; в результате образуется глинистый минерал, имеющий низкое отношение окиси кремния к окиси алюминия, например каолинит. В среде с высоким содержанием катионов количество пригодной для реакции окиси кремния будет сравнительно большим вследствие флоккуляции окиси алюминия; в результате получится глинистый минерал с высоким отношением окиси кремния к окиси алюминия, например монтмориллонит.
Илы сухопутного происхождения, принесенные в море из многих районов, состоят в значительной степени из так называемого деградирующего иллита, деградирующего хлорита и каолинита. Деградирующие минералы представляют собой материалы, из которых частично вынесены щелочи и щелочные земли, но выщелачивание недостаточно для превращения их в новые минералы. Деградирующие минералы имеют недостаток щелочей и щелочных земель и быстро адсорбируют имеющийся калий и магний, что способствует росту совершенства слюдистых структур. Вероятно, подобное восстановление слюд представляет собой наиболее значительное, достаточно быстро осуществляемое диагенетическое изменение.
Повидимому, хлорит и иллит стремятся образоваться в процессе диагенеза в условиях моря из других минералов. Так, иллит, вероятно, образуется из монтмориллонита, хлорит — из каолинита и монтмориллонита, глауконит — из различных минералов. Эти изменения, связанные, возможно, с достаточно большими изменениями в атомных структурах, происходят сравнительно медленно. Так, диагенетическое изменение каолинита может быть столь медленным, что оно часто наблюдается и в древних морских осадках.
Морские условия меняются от окислительных к восстановительным в зависимости от топографии дна океана и, следовательно, от движения воды, скорости седиментации и некоторых других факторов. Каким образом изменение от окислительных условий к восстановительным влияет на диагенетические процессы, точно неизвестно. Возможно, окислительные условия, стремясь закрепить R2O3 в относительно инертной форме, замедляют диагенетические изменения.
Изменения концентрации калия и магния также оказывают воздействие на диагенез. Недостаток щелочей и щелочных земель замедляет образование слюд. Следует ожидать, что диагенетические изменения должны быть наиболее сильными вблизи берега, где осадки впервые попадают в морскую среду. Особенности морской среды и диагенеза в ней таковы, что изменения в характере исходной породы могут отразиться на осадконакоплении. Например, каолинитовые морские отложения указывают на наличие каолинитовых материнских пород в областях сноса, поскольку каолинит не образуется в море, а также на сравнительно быстрый характер накопления осадков, так как каолинит сохранился в среде, в основном неблагоприятной для него.
Полностью слюдистые морские осадки указывают на области сноса, дающие мало каолинита, или на чрезвычайно медленное накопление осадков. Вероятно, исходная порода, содержащая значительное количество каолинита, дала морской осадок, в котором сохранилось некоторое количество каолинита.
Глауконит. Глауконит представляет собою довольно оригинальный иллитовый тип глинистого минерала, образовавшийся путем морского диагенеза. Многие исследователи отмечали частую ассоциацию глауконита с органическими остатками; было сделано заключение, что для образования этого минерала необходимо присутствие органического вещества.
Согласно Галлихеру, глауконит частично является продуктом изменения биотита, причем такое изменение имеет место в восстановительных условиях и при медленном отложении. При более быстром отложении, когда изменение происходит до погребения, сохраняется биотитовая слюда. Хендрикс и Росс приводят литературные данные, указывающие, что в морской среде и другие минералы, кроме биотита, могут изменяться в глауконит.
Хаддинг весьма детально исследовал глауконит. По его данным, этот минерал встречается не только в виде многочисленных больших округлых зерен, но также в виде хлопьев и пигментирующего вещества. Глауконит образуется в мелком море, в неспокойной воде, которая содержит мало кислорода, в условиях незначительного накопления обломочного материала и часто в периоды отрицательной седиментации. В настоящее время глауконит образуется у берегов, где поблизости нет значительных рек и где отложение идет медленно (Ревелль).
Хендрикс и Росс после тщательного исследования различных по составу глауконитов пришли к выводу, что этот минерал образуется в восстановительной среде, поддерживаемой жизнедеятельностью бактерий. При этом среда, вероятно, останется неизменной в течение длительного периода времени. Постоянное содержание магния и довольно постоянное отношение Fe3+ к Fe++ указывают, что для образования глауконита требуется присутствие определенного количества магния и определенный окислительно-восстановительный потенциал. Отношение Na+ к K+ в меж-слоевых положениях в структуре глауконита довольно определенное, и, возможно, для образования этого минерала необходима известная концентрация этих ионов в растворе.
Следовательно, глауконит образуется в процессе морского диагенеза в периоды медленной или отрицательной седиментации и в сравнительно мелкой воде. Кроме того, для его образования требуются особые восстановительные условия и определенная концентрация магния и щелочей.
Неморская среда. Озерные отложения. Данные о глинистых минералах в современных неморских осадках очень скудны. Кутберт показал, что иллит является преобладающим глинистым минералом в осадках, накапливающихся в озере Эри.
В осадках пресноводных озер наблюдается мало диагенетических изменений, и они в основном отвечают исходному материалу, поступающему в озеро. Возможно, в озерной среде, где имеется движение воды сквозь осадки и последующее удаление некоторого количества щелочей и щелочных земель, развивается такой диагенетический минерал, как каолинит. Образование каолинита наблюдается, как правило, в озерах, в которых не происходит накопления извести. Известь, накапливающаяся в озере, препятствует образованию каолинита; диагенетические изменения в связи с этим очень незначительны. В соленых озерах глинистые минералы группы монтмориллонита и иллита образуются за счет любого поступившего материала. Исследования Де Лаппарана, Милло и автора (работа не опубликована) показывают, что в современных осадках, накапливающихся в сухих пустынных бассейнах, часто находят сепиолит-аттапульгитовые минералы. Вероятно, образование этих минералов обусловлено особым составом воды и главным образом высоким содержанием в ней магния.
Речные отложения. Холмс и Хирн исследовали состав глинистых минералов современного аллювия, отложенного рекой Миссисипи и ее притоками; результаты этих исследований приведены в табл. 45.

Глинистые минералы в речных осадках отражают состав пород, из которых они происходят. Согласно данным Холмса и Харна, относительно большее количество монтмориллонита наблюдается в западных притоках реки Миссисипи, получающих свой материал из сухих районов, благоприятствующих образованию монтмориллонитовых почв.
Если сами реки в какой-то степени оказывают выщелачивающее действие, может образоваться каолинит. В противном случае любые диагенетические изменения будут незначительны.
Ледниковые отложения. Почвоведами проведено значительное количество исследований состава ледниковых отложений Северной Америки. В невыветрелой валунной глине и лессе-преобладающим глинистым минералом является иллит, часто со значительным количеством хлорита. Иногда присутствуют в небольших количествах каолинит и монтмориллонит.
Состав ленточных ледниковых озерных осадков недостаточно хорошо изучен, но Кулинг показал, что в некоторых ленточных осадках Канады преобладающим глинистым минералом является иллит; в темных слоях в отличие от светлых присутствует также монтмориллонит.