ГлавнаяКарбонатные породы широко развиты почти во всех областях и входят в состав всех геологических систем, начиная от докембрия и кончая неогеном. По данным А.Б. Ронова, в разрезе палеозойских отложений Русской платформы известняки и доломиты составляют 62 % их объема, а в разрезе мезозойских — 18%. В Уральской геосинклинали известняков и доломитов около 35%, в Донецкой — 28%, в Кавказской — 23%. Установлено, что известняки особенно широко распространены среди ордовикских, силурийских, каменноугольных и верхнемеловых отложений, а доломиты — среди докембрийских и верхнепалеозойских (каменноугольных и пермских) отложений.
Карбонатные породы могут иметь различные формы залегания— толщи мощностью в десятки, сотни и даже тысячи метров, слои, пластообразные залежи или прослои в пачках песчано-глинистых пород. По вещественному составу, структуре и происхождению они весьма разнообразны, поэтому среди них выделяется много типов и разновидностей.
Главнейшими составляющими карбонатных пород являются кальцит, доломит и терригенные минералы, реже присутствуют сидерит, магнезит и др. В зависимости от количественного соотношения в породе кальцита и доломита наблюдаются постепенные переходы от чистых известняков к чистым доломитам, а в зависимости от соотношения карбонатной и терригенной составляющих выделяется ряд смешанных переходных разностей пород от известняков и доломитов к глинам либо к песчаникам. Существенной, а иногда и основной составной частью карбонатных пород часто являются скелеты различных организмов и их обломки. Для таких пород характерны органогенные структуры.
Обычными примесями в карбонатных породах являются песчаный, алевритовый и глинистый материал, образующий нерастворимый остаток при воздействии на эти породы раствором соляной кислоты. Примеси этого материала, как отмечено выше, обусловливают необходимость выделения смешанных карбонатно-глинистых пород: глинистых известняков и доломитов, мергелей, известковистых глин и др. В карбонатных породах нередки примеси опала, халцедона и кварца, встречаются также гипс, ангидрит и некоторые другие растворимые минералы.
В настоящее время нет такой инженерно-геологической классификации карбонатных и смешанных карбонатно-глинистых и карбонатно-песчанистых пород, которая отражала бы их физические и механические свойства, хотя попытки в этом направлении были сделаны. В основе современных классификаций карбонатных пород лежит соотношение в их составе кальцита, доломита и нерастворимого остатка. Для известково-доломитовых пород наиболее широко применяются классификации С.Г. Вишнякова, Г.И. Теодоровича, С.С. Виноградова, М.В. Муратова, Н.М. Страхова и Л.Б. Рухина. Для инженерно-геологических целей наиболее приемлемой является классификация С.Г. Вишнякова (табл. II-6). Мало от нее отличается классификация Н.М. Страхова.
При изучении карбонатно-глинистых пород также лучше пользоваться классификацией С.Г. Вишнякова (табл. II-7), так как она полнее отражает петрографические особенности пород и их свойства.Для карбонатных пород, обогащенных грубым терригенным материалом, можно пользоваться классификацией, предложенной И.В. Хворовой (табл. II-8). В зависимости от способа образования карбонатного материала карбонатные породы подразделяются на обломочные, органогенные и хемогенные.
Обломочные карбонатные породы встречаются сравнительно редко. Они образуются из обломков известняков и доломитов, которые впоследствии цементируются карбонатным материалом. Размер, форма обломков, степень их сортировки и окатанности могут быть различными. В соответствии с этим различают известковые брекчии, конгломераты, гравелиты, песчаники и алевролиты, классифицируя их так же, как и обломочные породы.Органогенные известняки — самый распространенный тип известняков. Они образуются из раковин различных морских беспозвоночных и их обломков (детрит), скелетных остатков организмов (рифообразующих организмов) и остатков известь-выделяющих водорослей. Эта обширная группа пород включает известняки органогенно-обломочные, состоящие из раковинного детрита, биоморфные, состоящие из цельных скелетов рифообразующих организмов, и детритово биоморфные, состоящие из смеси цельных или слабо поврежденных раковин (более 50%) и их детрита. Характерной особенностью рифовых известняков является их залегание в виде мощных и неправильных массивов.
Хемогенными карбонатными породами называют такие, в которых основная составная часть (более 50%) образовалась в результате физико-химических процессов, протекавших в водоеме. К таким породам принадлежат различные оолитовые известняки и многие микрозернистые. Хемогенные известняки обычно связаны постепенными переходами с некоторыми разновидностями биоморфных, обломочных или детритовых. Очень часто бывает трудно установить генезис известняков, поэтому их объединяют в группу органогенно-хемогенных.
Характерными разностями карбонатных пород полускального типа являются мел и мелоподобные породы. Писчий мел обычно белого цвета, однородного строения, имеет малую твердость и мелкозернистую структуру. Сложен он главным образом карбонатом кальция с незначительной примесью глинистых и песчаных частиц. Значительную примесь составляют органические остатки. Тонкозернистый кальцит, являющийся основной породообразующей частью мела и мелоподобных пород, как предполагают, образуется путем химического осаждения и частично за счет разрушения органических остатков. Содержание тонкозернистого кальцита изменяется в мелоподобных породах от 5 до 60 %, в чистом мелу достигает 90—95 %.
Доломиты по происхождению подразделяются на первичноосадочные и вторичные — эпигенетические. Первично-осадочные доломиты (седиментационные) образуются в водоемах с повышенной соленостью (лагуны, морские заливы) путем химического осаждения из воды. Наиболее часто доломиты возникали за счет диагенетического преобразования известковистого ила или органических остатков. Первичные доломиты залегают в виде слоев и линзовидных залежей, часто значительной мощности.
Вторичные доломиты образуются при доломитизации известняков. Этот процесс происходит путем замещения кальцита доломитом при воздействие на известняки растворов, обогащенных магнием. Вторичные доломиты залегают обычно в виде линз, неправильных пластов или тел различной формы и размеров среди неизмененных известняков либо образуют среди них зоны доломитизации.
При выветривании доломитов наблюдается их раздоломичивание, ведущее к образованию вторичных известняков. Иногда выветривание доломитов и доломитизированных известняков сопровождается образованием так называемой доломитовой муки, представляющей собой рыхлые скопления мелких кристалликов доломита. Доломитовая мука залегает в виде гнезд, линз и прослоев среди доломитов. Она образуется при воздействии на доломиты и доломитизированные известняки подземных вод, выщелачивающих кальцит.
Условия образования карбонатных пород отражаются на однородности пли неоднородности их состава, структурных и текстурных особенностях и внешнем виде, а это, в свою очередь, определяет их прочность, деформируемость, устойчивость и другие свойства, важные для оценки их строительных качеств. Для карбонатных пород наиболее характерны следующие структуры.
Микрозернистая (скрытокристаллическая). Порода состоит из мельчайших зерен кальцита размером менее 0,01 мм. Часто эту структуру называют пелитоморфной. Она образуется в результате уплотнения и частичной перекристаллизации известкового ила.
Кристаллически-зернистая. Порода состоит из кристаллических зерен карбонатных минералов. Различают крупнозернистую (более 0,5 мм), среднезернистую (0,25—0,5 мм) и мелкозернистую (0,01—0,25 мм) структуры.
Органогенная. Порода состоит из известковых раковин или их обломков. Органогенные структуры, в которых органические остатки представлены обломками, называются детритусовыми (размер обломков более 0,1 мм) и шламовыми (размер обломков меньше 0,1 мм).
Обломочная. Порода состоит из обломков более древних карбонатных пород. В зависимости от размера и формы обломков различают известковые брекчии, конгломераты, гравелиты и песчаники.
Оолитовая. Порода состоит из мелких оолитов (округлых зерен), возникающих в результате осаждения карбонатного вещества вокруг некоторых центров — пылинок, песчинок II т. п.
Другие типы структур карбонатных пород — сгустковая и крустификационная — встречаются довольно редко.
Среди карбонатных пород различают массивные и слоистые текстуры, а среди последних в зависимости от толщины слоев — тонкослоистые (<5 см), среднеслоистые (5—10 см) и толсто-слоистые (>10 см). Кроме того, необходимо выделять разности плотные (массивные) и кавернозные.
Более детальная характеристика и описание различных типов карбонатных пород приводятся в курсах и руководствах по литологии и петрографии осадочных пород.
Из осадочных пород органогенного и хемогенного происхождения скального и главным образом полускального типа практический интерес представляют также породы кремнистые. Они состоят почти целиком из минералов кремнезема сингенетического происхождения — опала, халцедона и кварца, причем опаловые породы встречаются только среди отложений мезозойского и кайнозойского возраста, халцедоново-кварцевые преимущественно среди пород более древних — палеозойских. Главные разности кремнистых пород—диатомиты, трепелы, опоки, спонголиты, радиоляриты и яшмы.
Диатомиты почти целиком состоят из скелетов диатомовых водорослей (диатомей). Существенной примесью в них являются глинистые частицы, зерна кварца, глауконита и других минералов. По внешнему виду они очень похожи на мел, но не вскипают от HCl. Чистые диатомиты белые, но обычно из-за примесей они буроватые, желтоватые, на ощупь мягкие, очень легкие, прилипают к языку. Плотность их изменяется от 0,40 до 0,96 г/см3, а пористость равна 90—92 %. Структура диатомитов типичная органогенная. Иногда в них наблюдается микрослоистость. Значительные залежи палеоген-неогеновых диатомитов мощностью до 40 м известны в Поволжье, а также по восточному склону Урала (Камышлов, Челябинск).
Трепелом называют опаловую породу, макроскопически трудноотличимую от диатомита. Трепелы содержат меньше кремнистых органических остатков, чем диатомиты, или совсем не содержат их. Они также имеют светлую окраску, мягкие, легкие, пористые. Плотность трепелов изменяется от 0,5 до 1,27 г/см3. Они состоят главным образом из округлых зернышек и угловатых частиц опала и содержат примеси зерен кварца, глинистых и карбонатных частиц, глауконита и др.
Опоки состоят также в основном из опала, тонкозернистые, микропористые. Это более твердые породы, чем трепелы, плотные, легкие (плотность изменяется от 1,0 до 1,3 и редко достигает 1,5 г/см3), с характерным раковистым изломом. Они легко царапаются ножом, но не растираются руками. Это фактически уплотненные трепелы. Окраска их темно-серая или желто-серая, встречаются черные разности. Опоки распространены преимущественно среди отложений мелового и палеоген-неогенового возраста в Среднем и Нижнем Поволжье, вдоль восточного склона Урала, в Сибири и на Украине.
Спонголитами называют кремнистые породы, состоящие преимущественно из спикул губок. По внешнему виду они похожи на опоки, но отличаются от них большей плотностью. Обычно они крепкие, с раковистым изломом. Спонголиты встречаются реже, чем диатомиты и опоки, они известны среди палеоген-неогеновых отложений Кавказа, мезозойских Поволжья, Приуралья и Подмосковья и каменноугольных Приуралья.
Радиоляриты тоже являются кремнистой породой, богатой органическими остатками, они больше чем наполовину сложены раковинами радиолярий. Многие разновидности этих пород близки к яшмам и связаны с ними постепенными переходами.
Яшмами называются кремнистые породы, широко распространенные в складчатых областях. Типичные яшмы состоят из микрозернистого халцедона и радиолярий. Окраска их разнообразна, они очень крепкие и твердые, с раковистым изломом и режущими краями. Как полагают, яшмы образуются при метаморфизации многих вышеперечисленных кремнистых пород.