Перенос и отложение осадочного материала

Осадочный материал, образовавшийся в результате выветривания пород различного состава и генезиса, в большей своей части перемещается затем по поверхности земли. При таком переносе, осуществленном текучими водами, ветром, льдом, под влиянием силы тяжести происходит дифференциация материала, его сортировка, изменяется форма минеральных частиц. Кроме того, при переносе текучими водами значительное количество вещества переносится в виде растворов. Интенсивность переработки материала в процессе его транспортировки зависит не только от способа его переноса, но и от минерального состава, прочности связей между зернами, скоростей, с которыми перемещаются обломки, и многих других факторов. Под их влиянием в областях седиментации накапливаются отложения различного генезиса, строения, состава. Эти различия во многом предопределяют свойства грунтов и настолько существенны, что последующие преобразования осадка лишь подчеркивают их. Так, обломочный материал, который переносится дождевыми и талыми водами, преимущественно мелкозернистый, плохо сортированный. В горных реках донные и взвешенные наносы представлены галечниками и песками, а на равнинных реках во взвешенном состоянии находятся преимущественно частицы мельче 0,1 мм. В горных реках интенсивно идет процесс раздробления частиц, особенно галек, тогда как воды равнинных рек лишь истирают песчаные зерна.

При транспортировке обломочного материала ледников отсутствует сортировка, в составе морены можно встретить обломки различных размеров — от валунов до глинистых частиц.

При коагуляции растворов, особенно характерной для случая смешивания речных и морских вод, образуются гели, которые в дальнейшем при старении превращаются в осадочные породы. Особенно типичен этот процесс для образования глин. Такие соединения, как карбонаты и сульфаты кальция, хлориты натрия и магния, не образуют коллоидных систем и осаждаются из истинных растворов. В современных условиях многие соединения (например, кремнезем) накапливаются в осадке биогенным путем.

В процессе образования осадка под влиянием молекулярных, электростатических и магнитных сил, возникающих между отдельными частицами, формируются структурные связи, которые обусловливают первичное сцепление в грунтах. Его величина в молодых глинистых осадках, залегающих в приповерхностном слое, имеет небольшую величину: 0,002—0,004 МПа в зависимости от минерального состава глинистых пород и характера процессов осадконакопления.

Инженерно-геологические свойства осадков, сформировавшихся под влиянием различных процессов и имеющих, в силу этого, различное микростроение, неодинаковы. Достаточно указать на то, что связность осадка будет больше при ячеисто-хлопьевидной микроструктуре, а водопроницаемость выше при неоднородно-ячеистой.

Необходимо отметить, что при осаждении отдельных частиц и хлопьев на дне водоема в начале формируется рыхлый объемистый осадок, у которого частицы отделены друг от друга значительными промежутками, занятыми водой. В результате трения и сцепления, противодействующих силе тяжести, многие частицы могут находиться в неустойчивом положении, из которого они переходят в более устойчивое при возрастании давления.

Уплотнение осадка, происходящее в процессе диагенеза, происходит, по представлению Н.Я.Денисова (1948), вследствие перемещения частиц относительно друг друга, при котором осуществляется взаимное проникновение частиц в промежутки между ними.

Уплотнение вновь образовавшегося осадка и, следовательно, изменение его микростроения в водной среде происходит до тех пор, пока трение между частицами и вязкость воды не уравновесят силы тяжести. При этом первоначальное строение осадка и характер его структурных связей и прочность могут значительно измениться, однако вновь образующееся при этом микростроение все же сохраняет известные черты микростроения осадка.

Преобразование осадка в породу (диагенез)

Осадки, отложившиеся в морях, океанах, озерах и других водоемах, претерпевают существенные преобразования, скорость и интенсивность которых зависят от минерального состава осадков, их дисперсности, химического состава воды, деятельности бактерий и других факторов. Превращение осадка в осадочную горную породу является важнейшим процессом, формирующим ее инженерно-геологический облик. Этот процесс принято называть диагенезом. Он протекает благодаря энергетическим ресурсам самого осадка; давление и температура при этом не играют существенной роли.

Явления, происходящие на первом этапе диагенеза, в самой верхней толще осадков, некоторые исследователи выделяют в самостоятельную стадию сингенеза. Мощность зоны сингенеза не превышает 10—15 см, чаще всего для нее характерна окислительная или нейтральная среда. Именно на этой стадии в карбонатно-глинистых осадках образуется глауконит. Во время сингенеза в результате коагуляции различных коллоидных растворов происходит синтез минералов. Активное участие в процессах сингенеза принимают бактерии, которые преобразуют органическое вещество осадка, окисляют сульфиды и т.д. Влажность осадка очень велика и может достигать 80—90%.

По мере захоронения осадка физико-химические условия среды существенно изменяются, она имеет восстановительный характер. Диагенетичес-кие явления охватывают всю толщу осадка, мощность этой зоны 10—15 м. Изменение среды, понижение окислительно-восстановительного потенциала приводят к резкому изменению минералогического состава осадков, особенно тонкодисперсных. Окисные соединения железа и марганца переходят в закисные, образуется пирит, появляется углекислый газ и сероводород.

В дальнейшем происходит перераспределение вещества внутри осадка, цементация отдельных его участков в результате выпадения карбонатов и кремнекислоты, образование конкреций.

Помимо изменения минерального состава осадок уплотняется, теряет значительное количество воды, связи между частицами увеличивают прочность. Механическая прочность пород постепенно повышается. Цементация галечников и песков, переход карбонатных осадков в известняки или мергели, превращение кремнистых осадков в опоки и трепела сообщают горным породам значительную прочность.

Главнейшими факторами литификации глинистых осадков на этой стадии являются дегидратация, цементация и уплотнение. В глинистых осадках с момента их аккумуляции начинают формироваться структурные связи преимущественно за счет молекулярных и электростатических сил и в меньшей степени под влиянием магнитных сил. В илах происходит самопроизвольный коллоидно-химический процесс формирования структурной сетки (застудневание). На глубине первых метров осадок активно дегидратируется и уплотняется с отделением больших количеств свободной воды. Состояние и свойства осадков, по мнению И.М.Горьковой, определяются процессами старения и синерезиса коллоидов; гравитационное уплотнение имеет подчиненное значение. Эти цементы, а также старение коллоидов в осадке обусловливают формирование дополнительного сцепления, которое часто называют сцеплением упрочнения.

Случайные записи:

Penelope Boston: Life on Mars? Let’s look in the caves


Похожие статьи:

Добавьте постоянную ссылку в закладки. Вы можете следить за комментариями через RSS-ленту этой статьи.
Комментарии и трекбеки сейчас закрыты.