авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
-- [ Страница 1 ] --

В.И.Осипов В.Н.Соколов Н.А.Румянцева

Микроструктура

глинистых

пород

Под редакцией

а к а д е м и к а Е.М. Сергеева

МОСКВА "НЕДРА" 1989

Б Б К 26.3

0-74

У Д К 624.131

Рецензент д-р геол.-минер, наук А. К. Ларионов

Осипов В. И., Соколов В. H., Румянцева Н. А.

0-74 М и к р о с т р у к т у р а глинистых п о р о д / П о д ред. а к а д е м и к а

Е. М. Сергеева — M. : Н е д р а, 1 9 8 9. - 2 1 1 с : ил.

I S B N 5—247—00473—6 Изложены закономерности формирования микроструктуры глини­ стых пород, процессов структурообразования в глинистых системах, описаны современные методы изучения микроструктуры глинистых осадков. Показано влияние микроструктуры глин на их физические, ме­ ханические и коллекторские свойства. Рассмотрены тиксотропные й реологические процессы в глинах, природа анизотропии их свойств.

Приведены примеры практического использования микроструктурных данных при оценке глинистых пород.

Для геологов, изучающих литологию и петрографию осадочных по­ род, а также специалистов в области коллоидной химии, керамики, фи­ зико-химической механики дисперсных систем.

О 1804090000-398 _ ББК 26. И 1 8 д 043(01)- © Издательство «Недра», 198ft ISBN 5—247—00473— ПРЕДИСЛОВИЕ С т р у к т у р а — э т о в а ж н е й ш е е к а ч е с т в о п о р о д ы, с одной сторо­ н ы, о т р а ж а ю щ е е у с л о в и я ее ф о р м и р о в а н и я, а с д р у г о й, — опре­ д е л я ю щ е е ее ф и з и ч е с к и е, м е х а н и ч е с к и е и д р у г и е с в о й с т в а. П о ­ этому изучение структур пород началось практически с самого з а р о ж д е н и я г е о л о г и и. О д н а к о в р а з н ы х о б л а с т я х геологии на­ п р а в л е н н о с т ь этих и с с л е д о в а н и й р а з л и ч н а. В п е т р о г р а ф и и и л и ­ тологии и с с л е д о в а н и я с т р у к т у р и м е ю т вещественно-генетиче­ скую н а п р а в л е н н о с т ь и подчинены р е ш е н и ю основной з а д а ч и — изучению у с л о в и й ф о р м и р о в а н и я в е щ е с т в а п о р о д ы и р а с п р е д е ­ л е н и я в нем к о м п о н е н т о в, я в л я ю щ и х с я п о л е з н ы м и и с к о п а е м ы м и.

В и н ж е н е р н о й геологии и с с л е д о в а н и е с т р у к т у р п о р о д и м е е т д р у ­ г и е з а д а ч и и н а п р а в л е н о на п о з н а н и е з а к о н о м е р н о с т е й и з м е н е ­ н и я свойств п о р о д и у с л о в и й их ф о р м и р о в а н и я. Н а с т о я щ а я р а б о ­ та посвящена изучению структур глинистых пород в инженерно геологическом плане.



С т р у к т у р ы п о р о д, и в ч а с т н о с т и глин, я в л я ю т с я ч у т к и м инди­ катором условий образования и дальнейшего преобразования о т л о ж е н и й в ходе л и т о г е н е з а. П о э т о м у с о в р е м е н н ы е п р е д с т а в л е ­ ния о п р о ц е с с а х л и т о г е н е з а с л у ж а т т е о р е т и ч е с к о й б а з о й д л я со­ з д а н и я о б щ е й т е о р и и прочности п о р о д. О т с ю д а в ы т е к а е т в а ж ­ нейший принцип инженерно-геологического изучения пород — генетический подход, с позиций которого удается раскрыть с л о ж н ы е и м н о г о о б р а з н ы е процессы с т р у к т у р о о б р а з о в а н и я в г л и н и с т ы х п о р о д а х и на э т о й основе о б ъ я с н и т ь б о л ь ш у ю и з м е н ­ чивость их свойств. Б о л е е того, и с п о л ь з у я с т р у к т у р н ы е п о к а з а ­ тели, в к о т о р ы х « з а к о д и р о в а н а » г е н е т и ч е с к а я и н ф о р м а ц и я, м о ж ­ но н а х о д и т ь их к о р р е л я ц и о н н ы е в з а и м о с в я з и со с в о й с т в а м и и на э т о й основе п р о г н о з и р о в а т ь п о в е д е н и е п о р о д. Д л я р е а л и з а ц и и э т о й идеи н е о б х о д и м ы с о в р е м е н н ы е м е т о д ы количественной оценки структурных показателей пород.

Структурообразование пород следует рассматривать как с л о ж н ы й ф и з и к о - х и м и ч е с к и й п р о ц е с с. П р и его изучении п о м и м о теории л и т о г е н е з а н е о б х о д и м о о п и р а т ь с я на к л а с с и ч е с к и е р а б о ­ ты в о б л а с т и теории п о в е р х н о с т н ы х сил и теории у с т о й ч и в о с т и к о л л о и д о в и т о н к и х п л е н о к, п р и н а д л е ж а щ и е Б. В. Д е р я г и н у, Н. В. Ч у р а е в у, Е. Ф е р в е ю, Т. О в е р б е к у, И. Ф. Е ф р е м о в у, В. М. М у л л е р у, Г. З о н т а г у, К. Ш т р е н г е, X. в а н О л ф е н у и м н о г и м д р у г и м, а т а к ж е на п р е д с т а в л е н и я ф и з и к о - х и м и ч е с к о й м е х а н и к и п о р и с т ы х т е л, и з л о ж е н н ы е в т р у д а х П. А. Р е б и н д е р а и р а з в и в а ­ емые его у ч е н и к а м и — Е. Д. Щ у к и н ы м, Н. В. П е р ц е в ы м, Е. А. А м е л и н о й и д р. И с п о л ь з о в а н и е т е о р и и п о в е р х н о с т н ы х сил и положений физико-химической механики открывает возможно­ сти к о л и ч е с т в е н н о г о и з у ч е н и я п р о ц е с с о в с т р у к т у р о о б р а з о в а н и я и р а з р а б о т к и н а у ч н ы х п р и н ц и п о в их р е г у л и р о в а н и я.

П р и п р а к т и ч е с к о м изучении м и к р о с т р у к т у р глинистых пород наибольшую информацию дает электронная микроскопия.

В 1954 г. на к а ф е д р е грунтоведения и и н ж е н е р н о й геологии (ны­ не к а ф е д р а и н ж е н е р н о й геологии и о х р а н ы геологической среды) геологического ф а к у л ь т е т а М Г У б ы л а с о з д а н а одна из п е р в ы х в н а ш е й с т р а н е л а б о р а т о р и я э л е к т р о н н о й микроскопии. С этого времени на к а ф е д р е н а ч а л и с ь систематические и с с л е д о в а н и я с т р у к т у р пород. Б о л ь ш о й в к л а д в р а з в и т и е этих р а б о т внесли з а в е д у ю щ а я л а б о р а т о р и е й Г. Г. И л ь и н с к а я и с т а р ш и й научный с о т р у д н и к Л. Г. Р е к ш и н с к а я. С 1968 г. и с с л е д о в а н и я в е д у т с я с применением р а с т р о в о й электронной микроскопии (РЭМ).





В 1969 г. Г. Г. И л ь и н с к а я и Р. А. Б о ч к о п р о в е л и п е р в ы е р а б о т ы по а в т о м а т и ч е с к о й о б р а б о т к е д а н н ы х э л е к т р о н н о - м и к р о с к о п и ч е ­ ских исследований, к о т о р ы е п о з в о л и л и в 1975 г. В. И. Осипову, В. Н. С о к о л о в у и Н. А. Р у м я н ц е в о й н а ч а т ь систематические ис­ с л е д о в а н и я по к о л и ч е с т в е н н о м у изучению м и к р о с т р у к т у р глини­ стых пород. В 1976 г. В. И. Осипов и В. Н. С о к о л о в совместно с Г. Р. М и р к и н ы м и М. Д. Т о л к а ч е в ы м р а з р а б о т а л и устройство д л я о п р е д е л е н и я величины пористости и количественной о ц е н к и с т р у к т у р ы порового п р о с т р а н с т в а т в е р д ы х тел. Эти и п о с л е д у ю ­ щие р а б о т ы а в т о р о в легли в основу п а т е н т о в на способ и уст­ ройство д л я количественной оценки структур т в е р д ы х тел, кото­ рые были з а р е г и с т р и р о в а н ы в р я д е стран ( С Ш А, В е л и к о б р и т а ­ ния, Ф р а н ц и я, Ф Р Г, Ч С С Р ). И с х о д я из п р е д л о ж е н н ы х принци­ пов, А. Ю. С а с о в с о з д а л и н т е р ф е й с н ы й блок, п о з в о л я ю щ и й со­ з д а т ь а н а л и з а т о р и з о б р а ж е н и й м и к р о с т р у к т у р на б а з е Р Э М ти­ па «Квикскан-107» и м и к р о Э В М - 1 5 В С М 5, а з а т е м на б а з е к о м ­ плекса Р Э М типа «Хитачи S—800» с м и к р о Э В М « И с к р а - 2 2 6 ».

В ы п о л н е н н ы е р а б о т ы д а л и в о з м о ж н о с т ь провести всестороннее количественное и с с л е д о в а н и е м и к р о с т р у к т у р более 300 о б р а з ц о в глинистых пород р а з л и ч н о г о в о з р а с т а, генезиса и степени л и т и ф и к а ц и и, п о с л у ж и в ш е е основой д л я н а п и с а н и я этой книги.

Исследования, проводимые авторами в области изучения м и к р о с т р у к т у р глинистых пород о р и г и н а л ь н ы и носят приори­ тетный х а р а к т е р. Б о л е е десяти л е т н а з а д они н а ч а л и р а б о т ы по о б о б щ е н и ю м а т е р и а л о в м и к р о с т р у к т у р н ы х и с с л е д о в а н и й, прово­ димых в С С С Р и за рубежом. Результатом стала монография Б. Г р а б о в с к о й - О л ь ш е в с к о й, В. И. Осипова и В. Н. С о к о л о в а « А т л а с м и к р о с т р у к т у р глинистых пород», не и м е ю щ а я а н а л о г о в в мировой л и т е р а т у р е. Н а с т о я щ а я книга н а п и с а н а в р а з в и т и е этой р а б о т ы и в к л ю ч а е т описание новых методов, м е т о д и к и тех­ нических средств, р а з р а б о т а н н ы х в последние годы д л я количе­ ственного а н а л и з а м и к р о с т р у к т у р глин. И з л о ж е н н ы е в м о н о г р а ­ фии д а н н ы е о т к р ы в а ю т п р и н ц и п и а л ь н о новые в о з м о ж н о с т и д л я изучения з а к о н о м е р н о с т е й изменения прочности и д е ф о р м и р у е ­ мости глинистых пород на основе в ы я в л е н и я количественных в з а и м о с в я з е й м е ж д у п а р а м е т р а м и м и к р о с т р у к т у р пород и их свойствами.

А к а д е м и к Е. М. Сергеев Часть I Т Е О Р Е Т И Ч Е С К И Е ОСНОВЫ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ В ГЛИНИСТЫХ СИСТЕМАХ Глава СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРУКТУРЕ ГЛИНИСТЫХ ПОРОД 1.1. ПОНЯТИЕ «СТРУКТУРА»

П р и в ы д е л е н и и с т р у к т у р г о р н ы х п о р о д в геологии с ф о р м и р о ­ вались два подхода — морфометрический и энергетический. На­ и б о л ь ш е е р а с п р о с т р а н е н и е п о л у ч и л п е р в ы й, при которо.* в ос­ нову п о н я т и я « с т р у к т у р а » п о л о ж е н ы м о р ф о м е т р и ч е с к и е особен­ ности с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в и их с о о т н о ш е н и е в п о р о д е. В пет­ р о г р а ф и и с у щ е с т в у е т р я д о п р е д е л е н и й с т р у к т у р ы п о р о д ы, осно­ в а н н ы х на э т о м п р и н ц и п е ;

среди них н а и б о л ь ш е е р а с п р о с т р а н е ­ ние п о л у ч и л о с ф о р м у л и р о в а н н о е А. Н. З а в а р и ц к и м в 1955 г.:

п о д с т р у к т у р о й он п р е д л о ж и л п о н и м а т ь те особенности с т р о е н и я породы, которые обусловливаются размерами, формой и взаим­ ным отношением составных частей породы. В таком понимании термин «структура пород» вошел в научную и учебную литера­ туру.

При энергетическом подходе понятие структуры основывает­ с я на т а к и х п р и з н а к а х, к а к х а р а к т е р в з а и м о д е й с т в и я с т р у к т у р ­ н ы х э л е м е н т о в и э н е р г и я всей с т р у к т у р ы в ц е л о м. Н а и б о л е е ши­ рокое п р и м е н е н и е э н е р г е т и ч е с к и й п р и н ц и п н а ш е л в ф и з и к о - х и ­ мической м е х а н и к е д и с п е р с н ы х систем — н о в о м н а у ч н о м н а п р а в ­ лении, р а з в и т о м П. А. Р е б и н д е р о м и его у ч е н и к а м и. С т р у к ­ т у р ы р а з л и ч н ы х п р и р о д н ы х и и с к у с с т в е н н ы х д и с п е р с н ы х систем в ф и з и к о - х и м и ч е с к о й м е х а н и к е п о д р а з д е л я ю т с я по х а р а к т е р у к о н т а к т н ы х в з а и м о д е й с т в и й на н е с к о л ь к о т и п о в : к о а г у л я ц и о н ные, к р и с т а л л и з а ц и о н н ы е и к о н д е н с а ц и о н н ы е.

И з у ч е н и е э н е р г и и с т р у к т у р г о р н ы х п о р о д не в х о д и л о в круг практических задач, решаемых в петрографии. И н а я ситуация с л о ж и л а с ь в и н ж е н е р н о й геологии, где и с с л е д о в а н и е г р у н т о в и п р е ж д е всего их ф и з и ч е с к и х и м е х а н и ч е с к и х с в о й с т в н е в о з м о ж ­ но без з н а н и я с т р у к т у р н ы х с в я з е й, т. е. х а р а к т е р а в з а и м о д е й с т ­ в и я с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в, п р и р о д ы э т и х в з а и м о д е й с т в и й, ус­ л о в и й их ф о р м и р о в а н и я и и з м е н е н и я п о д в л и я н и е м в н е ш н и х и в н у т р е н н и х ф а к т о р о в. П о э т о м у среди с о в е т с к и х с п е ц и а л и с т о в в о б л а с т и и н ж е н е р н о й геологии с т а л о с к л а д ы в а т ь с я свое п о н я т и е «структура» пород, которое включало и энергетические призна­ к и. Х а р а к т е р с т р у к т у р н ы х с в я з е й и м о р ф о м е т р и ч е с к и е особенно сти с т р у к т у р тесно с в я з а н ы м е ж д у собой, п о э т о м у при описании с т р у к т у р г р у н т о в с т а л и и с п о л ь з о в а т ь с я обе группы п р и з н а к о в.

Э т о н а ш л о о т р а ж е н и е в р а б о т а х М. М. Ф и л а т о в а, Е. М. С е р г е е в а и В. А. П р и к л о н с к о г о, к о т о р ы е в к а ч е с т в е о б я з а т е л ь н о г о п р и з н а ­ ка с т р у к т у р ы р а с с м а т р и в а л и х а р а к т е р с в я з е й м е ж д у ч а с т и ц а м и.

Т а к и м о б р а з о м, в 1940—1960-е гг. в с о в е т с к о й и н ж е н е р н о й г е о л о г и и с л о ж и л о с ь п о н я т и е « с т р у к т у р а г р у н т а », с о г л а с н о ко­ т о р о м у под с т р у к т у р о й п о н и м а е т с я р а з м е р, ф о р м а, х а р а к т е р по­ верхности, к о л и ч е с т в е н н о е с о о т н о ш е н и е его э л е м е н т о в и х а р а к ­ тер их с в я з и д р у г с д р у г о м. А н а л о г и ч н о й точки з р е н и я п р и д е р ­ ж и в а ю т с я и многие з а р у б е ж н ы е с п е ц и а л и с т ы в о б л а с т и и н ж е ­ нерной геологии и м е х а н и к и г р у н т о в Г 44"].

1.1.1. Структура как совокупность морфометрических, геометрических и энергетических признаков строения породы П р и в е д е н н о е в ы ш е о п р е д е л е н и е с т р у к т у р ы не о т в е ч а е т пред­ с т а в л е н и я м о п о р о д а х к а к м н о г о к о м п о н е н т н ы х с и с т е м а х и не от­ р а ж а е т многих п р и з н а к о в их с т р о е н и я, и с к л ю ч и т е л ь н о в а ж н ы х д л я о ц е н к и свойств. К числу т а к и х п р и з н а к о в относится геомет­ р и я или п р о с т р а н с т в е н н а я к о м п о з и ц и я, с т р у к т у р ы.

И с т о р и ч е с к и с л о ж и л о с ь т а к, что п р о с т р а н с т в е н н о е р а с п о л о ­ ж е н и е с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в в породе не в х о д и т в п о н я т и е с т р у к т у р ы. Э т и особенности с т р о е н и я п о р о д ы н а з в а н ы тексту­ р о й. Т е р м и н о л о г и ч е с к и с т р у к т у р а и т е к с т у р а б л и з к и м е ж д у со­ бой и не о т в е ч а ю т т о м у с м ы с л у, к о т о р ы й в них в к л а д ы в а е т с я при х а р а к т е р и с т и к е с т р о е н и я пород. Т а к, в п е р е в о д е с л а т и н ­ ского structure, — это строение, р а с п о л о ж е н и е, у с т р о й с т в о, по­ строение, a textura — это т к а н ь, соединение, с в я з ь.

Искусственность разделения структуры и текстуры признает­ ся м н о г и м и г е о л о г а м и. И з ъ я т и е н е о т ъ е м л е м о г о п р и з н а к а строе­ ния п о р о д из п о н я т и я с т р у к т у р ы с о з д а е т р я д т р у д н о с т е й в но­ менклатуре структур и текстур пород. Например, оолитовое и с ф а л е р и т о в о е строение к а р б о н а т н ы х, с у л ь ф а т н ы х, к р е м н и с т ы х и н е к о т о р ы х д р у г и х п о р о д часто н а з ы в а ю т о д н о в р е м е н н о структу­ рой и т е к с т у р о й. В ы д е л е н и е р я д а т е к с т у р о с а д о ч н ы х пород ( и г о л ь ч а т а я, о б л о м о ч н а я ) о с н о в ы в а е т с я на м о р ф о л о г и ч е с к и х п р и з н а к а х с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в. Р я д и с с л е д о в а т е л е й к тек­ с т у р н ы м п р и з н а к а м о т н о с я т пористость и цемент о с а д о ч н ы х по­ род.

Б о л ь ш и е т р у д н о с т и в с т р е ч а ю т с я при р а з д е л е н и и с т р у к т у р н ы х и т е к с т у р н ы х п р и з н а к о в у биогенных, и особенно т о н к о д и с п е р с ­ ных, г л и н и с т ы х о б р а з о в а н и й. Т а к, в ы д е л е н и е ячеистой, турбу­ л е н т н о й, л а м и н а р н о й и д р у г и х с т р у к т у р глин [33] н е в о з м о ж н о без учета пространственного расположения структурных элемен­ т о в. Б о л е е того, д а ж е при описании о т д е л ь н ы х с т р у к т у р н ы х э л е ­ м е н т о в глин п р и х о д и т с я у ч и т ы в а т ь их т е к с т у р н ы е п р и з н а к и.

М и к р о а г р е г а т ы глинистых м и н е р а л о в, с л а г а ю щ и е глины, имеют о п р е д е л е н н о е в н у т р е н н е е строение, х а р а к т е р и з у ю щ е е с я п а р а л ­ л е л ь н ы м, с ф е р и ч е с к и м или б е с п о р я д о ч н ы м р а с п о л о ж е н и е м гли­ нистых частиц.

Ч т о б ы и з б е ж а т ь п у т а н и ц ы в в ы д е л е н и и с т р у к т у р н ы х и тек­ стурных п р и з н а к о в г р у н т а, Е. М. С е р г е е в п р е д л о ж и л п р и м е н я т ь т е р м и н « с т р у к т у р н о - т е к с т у р н ы е особенности». Этот т е р м и н, хотя и и с п о л ь з у е т с я в научной л и т е р а т у р е, не вносит ясности в пони­ м а н и е с т р у к т у р ы г р у н т а, к р о м е того, он не о т в е ч а е т о б щ е й си­ с т е м а т и к е с т р у к т у р ы с л о ж н ы х систем. П. И. Ф а д е е в, о т м е ч а я искусственность в ы д е л е н и я с т р у к т у р и т е к с т у р, п р е д л о ж и л не и с п о л ь з о в а т ь эти т е р м и н ы и з а м е н и т ь их одним т е р м и н о м «стро­ ение п о р о д ы ». Т а к о е а л ь т е р н а т и в н о е п р е д л о ж е н и е в п о л н е допу­ стимо, и н а м и в д а л ь н е й ш е м понятие «строение п о р о д » будет ис­ п о л ь з о в а т ь с я д л я того, чтобы подчеркнуть, что речь идет о всем к о м п л е к с е с т р у к т у р н ы х и т е к с т у р н ы х п р и з н а к о в в их т р а д и ц и о н ­ ном п о н и м а н и и.

Д л я п р е о д о л е н и я т р у д н о с т е й, с в я з а н н ы х с т р а к т о в к о й поня­ тий с т р у к т у р ы и т е к с т у р ы п о р о д в геологии и и н ж е н е р н о й геоло­ гии ц е л е с о о б р а з н о р а с ш и р и т ь п о н я т и е с т р у к т у р ы и в к л ю ч и т ь в него н е д о с т а ю щ е е сейчас « п р о с т р а н с т в е н н о е распределение с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в », т. е п р и д а т ь т е р м и н у « с т р у к т у р а » не т о л ь к о м о р ф о м е т р и ч е с к и й, но и г е о м е т р и ч е с к и й с м ы с л, к а к это р а н е е п р е д л а г а л Д. С. Ш т е й н б е р г. К с т а т и говоря, т а к и е поня­ тия, как «структура минерала», «структура атома», имеют преж­ д е всего г е о м е т р и ч е с к и й смысл. Н е п о н я т н о, почему, когда речь идет о с т р у к т у р е породы, геометрический а с п е к т этого п о н я т и я забывается. Предложения о широком понимании термина «структура», включающего пространственное расположение с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в, в ы с к а з ы в а л и с ь М. М. Ф и л а т о в ы м, Ф. О. Л е в и н с о н о м - Л е с с и н г о м, Е. М. С е р г е е в ы м и В. А. П р и к л о н ским, о д н а к о они не п о л у ч и л и р а с п р о с т р а н е н и я, х о т я и д а ю т к л ю ч к р е ш е н и ю этой п р о б л е м ы.

П р и ш и р о к о м п о н и м а н и и с т р у к т у р ы т е к с т у р а п о р о д ы стано­ вится ее ч а с т н ы м п р и з н а к о м, х а р а к т е р и з у ю щ и м г е о м е т р и ч е с к и е особенности. И н ы м и с л о в а м и, когда речь идет о строении поро­ ды в ц е л о м, н у ж н о п р и м е н я т ь термин « с т р у к т у р а », i когда не­ обходимо подчеркнуть характер пространственного распределе­ ния с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в, м о ж н о и с п о л ь з о в а т ь термин «тек­ с т у р а ». П р и т а к о м п о д х о д е будут у с т р а н е н ы те н е д о р а з у м е н и я, о которых говорилось выше, и отпадает необходимость отказы­ в а т ь с я от ш и р о к о р а с п р о с т р а н е н н ы х в геологической л и т е р а т у р е терминов «структура» и «текстура». При широком понимании термин « с т р у к т у р а » с т а н о в и т с я синонимом п о н я т и я «строение породы».

Д р у г о й в а ж н е й ш и й п р и з н а к с т р у к т у р ы, не н а ш е д ш и й до на­ с т о я щ е г о времени д о с т а т о ч н о г о о т р а ж е н и я при о п и с а н и и строе­ ния пород,— э н е р г и я с в я з и ее с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в. К а к у ж е отмечалось, большинство специалистов в области инженерной геологии признает структурные связи неотъемлемой частью с т р у к т у р ы. В то ж е в р е м я в н а з в а н и и с т р у к т у р и их к л а с с и ф и ­ к а ц и и х а р а к т е р с т р у к т у р н ы х с в я з е й обычно не у ч и т ы в а е т с я и тем самым существенно обедняется информация о структуре и ее в о з м о ж н ы х с в о й с т в а х. П р е ж д е всего э т о о б ъ я с н я е т с я отсутст­ в и е м строгих к о л и ч е с т в е н н ы х м е т о д о в о ц е н к и э н е р г и и структу­ ры. Н о д а ж е к а ч е с т в е н н а я х а р а к т е р и с т и к а с т р у к т у р н ы х с в я з е й и с к л ю ч и т е л ь н о п о л е з н а при и н ж е н е р н о - г е о л о г и ч е с к о м о п и с а н и и п о р о д. С э т о й ц е л ь ю м о ж н о б ы л о бы и с п о л ь з о в а т ь э н е р г е т и ч е ­ с к у ю к л а с с и ф и к а ц и ю с т р у к т у р, с о з д а н н у ю П. А. Р е б и н д е р о м и Е. Д. Щ у к и н ы м и п р и н я т у ю в ф и з и к о - х и м и ч е с к о й м е х а н и к е дис­ п е р с н ы х систем, р а с ш и р и в ее и д о п о л н и в п р и м е н и т е л ь н о к поро­ д а м. И с п о л ь з о в а н и е э н е р г е т и ч е с к и х п р и з н а к о в при о п и с а н и и с т р у к т у р п о з в о л я е т п о л у ч и т ь п р е д с т а в л е н и е не т о л ь к о об осо­ б е н н о с т я х с т р о е н и я п о р о д ы, но и ее с в о й с т в а х.

Геометрические, морфометрические и энергетические призна­ ки с т р у к т у р ы ф о р м и р у ю т с я в процессе о б р а з о в а н и я и п о с л е д у ­ ю щ е г о и з м е н е н и я п о р о д ы под в л и я н и е м в н у т р е н н и х и в н е ш н и х факторов. Среди внутренних факторов большая роль принадле­ жит составу компонентов породы (твердого, жидкого, газообраз­ ного и б и о т и ч е с к о г о ), и х к о л и ч е с т в е н н о м у с о о т н о ш е н и ю и про­ ц е с с а м в з а и м о д е й с т в и я. М о ж н о у т в е р ж д а т ь, что с т р у к т у р а я в ­ ляется качеством грунта как многокомпонентной системы.

В этом о т н о ш е н и и н е л ь з я не с о г л а с и т ь с я с А. К. Л а р и о н о в ы м, о т м е ч а в ш и м, что п р е д с т а в л е н и е о с т р у к т у р е п о р о д ы, с л о ж и в ш е ­ еся в п е т р о г р а ф и и и л и т о л о г и и, к а к о с о в о к у п н о с т и п р и з н а к о в с т р о е н и я, о п р е д е л я е м ы х т в е р д ы м к о м п о н е н т о м п о р о д ы, не мо­ жет механически переноситься в инженерную геологию. Дейст­ в и т е л ь н о, к а к, н а п р и м е р, м о ж н о р а с с м а т р и в а т ь с т р у к т у р у глини­ стых п о р о д без учета в о д ы в ней. П р и у д а л е н и и в о д ы из глины наблюдается коренная перестройка структуры: глина уплотняет­ ся, п р о и с х о д я т а г р е г а ц и я ее с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в и и з м е н е н и е с т р у к т у р н ы х с в я з е й, что с о п р о в о ж д а е т с я с у щ е с т в е н н ы м п о в ы ш е ­ нием прочности с т р у к т у р ы. А н а л о г и ч н ы е и з м е н е н и я, но в мень­ ш и х м а с ш т а б а х, х а р а к т е р н ы и д л я д р у г и х типов п о р о д. Д а ж е магматические и метаморфические породы с кристаллизацион­ н ы м и с т р у к т у р а м и при в о д о н а с ы щ е н и и могут н е с к о л ь к о сни­ ж а т ь свою п р о ч н о с т ь ( р а з м я г ч а т ь с я ) в с л е д с т в и е о с л а б л е н и я структурных связей.

Хорошо известна т а к ж е роль живых организмов в формиро­ вании структур грунтов. Имеется целая группа органогенных структур, образование которых связано с существованием раз­ личных живых и растительных организмов. Деятельность микро­ о р г а н и з м о в, о б и т а ю щ и х п р а к т и ч е с к и во всех п о р о д а х, п р и в о д и т к и з м е н е н и ю их а г р е г а т н о г о с о с т а в а, с т р у к т у р н ы х с в я з е й и по р о в о г о д а в л е н и я, что о т р а ж а е т с я на их с в о й с т в а х.

Газовый компонент при определенных условиях т а к ж е ока­ з ы в а е т в л и я н и е на с т р у к т у р у п о р о д ы. В к а ч е с т в е п р и м е р а м о ж ­ но п р и в е с т и ф о р м и р о в а н и е в ы с о к о п о р и с т ы х ( п у з ы р и с т ы х ) с т р у к т у р э ф ф у з и в н ы х п о р о д в с л е д с т в и е интенсивного у д а л е н и я г а з а из остывающей магмы.

П о д в о д я итоги, м о ж н о с к а з а т ь, что с о в р е м е н н а я т р а к т о в к а понятия «структура» д о л ж н а включать следующие признаки:

1) м о р ф о м е т р и ч е с к и е (размер, форма, характер поверхности с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в и их количественное соотношение);

2) г е о м е т р и ч е с к и е ( п р о с т р а н с т в е н н а я к о м п о з и ц и я с т р у к т у р ы ) ;

3) э н е р г е т и ч е с к и е (тип с т р у к т у р н ы х связей и о б щ а я э н е р г и я с т р у к т у р ы ). К р о м е того, д о л ж н а у к а з ы в а т ь с я зависимость с т р у к т у р ы от с о с т а в а, с о о т н о ш е н и я и в з а и м о д е й с т в и я всех к о м ­ понентов п о р о д ы, с в и д е т е л ь с т в у ю щ а я о д и н а м и ч н о с т и с т р у к т у р ы и ее с в я з и с генетическими ф а к т о р а м и. С учетом с к а з а н н о г о м о ж н о с ф о р м у л и р о в а т ь понятие с т р у к т у р ы п о р о д ы с л е д у ю щ и м о б р а з о м [ 2 2 ] : структура — это пространственная организация всего вещества породы, характеризующаяся совокупность! мор фометрических, геометрических и энергетических признаков и определяющаяся составом, количественным соотношением и вза­ имодействием компонентов породы.

1.1.2. Системные признаки структуры П р и в е д е н н о е в ы ш е о п р е д е л е н и е с т р у к т у р ы о с н о в а н о на в ы ­ д е л е н и и основных п р и з н а к о в, х а р а к т е р и з у ю щ и х с т р у к т у р у поро­ ды п р и м е н и т е л ь н о к ее к о н к р е т н о м у с о с т о я н и ю. Это о п р е д е л е н и е не о т р а ж а е т р а з в и т и я с т р у к т у р ы — одного из ее в а ж н е й ш и х си­ стемных п р и з н а к о в.

Если р а с с м а т р и в а т ь породу к а к систему, с о с т о я щ у ю из э л е ­ ментов ( п о д с и с т е м ), то с т р у к т у р а п о р о д ы будет х а р а к т е р и з о ­ в а т ь с я с о в о к у п н о с т ь ю отношений и с в я з е й м е ж д у ее э л е м е н т а м и ( п о д с и с т е м а м и ). П о э т о м у с т р у к т у р а л ю б о й системы, в том ч и с л е и п о р о д ы, имеет п р о с т р а н с т в е н н о - в р е м е н н о й х а р а к т е р. Э т о о з н а ­ ч а е т, что она о б л а д а е т о п р е д е л е н н ы м п о р я д к о м ( о р г а н и з а ц и е й ) э л е м е н т о в в п р о с т р а н с т в е, к о т о р ы й постоянно и з м е н я е т с я во вре­ мени, о б у с л о в л и в а я смену ее состояний. С т р у к т у р ы, и з м е н я ю ­ щ и е с я во времени под в л и я н и е м в н у т р е н н и х и в н е ш н и х в з а и м о ­ действий и о б л а д а ю щ и е способностью п е р е х о д и т ь из одного со­ стояния в другое, получили название динамических [ 3 ]. Нетруд­ но д о к а з а т ь, что п о р о д ы о б л а д а ю т всеми о с о б е н н о с т я м и д и н а ­ мических с т р у к т у р. В процессе л и т о г е н е з а и м е т а м о р ф и з м а по­ р о д ы и с п ы т ы в а ю т с л о ж н ы е п р е о б р а з о в а н и я под д е й с т в и е м д а в ­ ления, температуры и различных физико-химических факторов, что приводит к и з м е н е н и ю с о о т н о ш е н и я т в е р д о г о, ж и д к о г о и га­ зового к о м п о н е н т о в, степени р а с к р и с т а л л и з а ц и и и агрегации с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в, их о р и е н т а ц и и в п р о с т р а н с т в е, пористо­ сти, х а р а к т е р а с т р у к т у р н ы х связей и т. д.

В геологическом ц и к л е п о р о д о о б р а з о в а н и я в з е м н о й к о р е м о ж н о в ы д е л и т ь р я д с т а д и й, х а р а к т е р и з у ю щ и х с я р а з в и т и е м оп­ р е д е л е н н ы х геологических процессов, п о д в л и я н и е м которых структура породы проходит ряд этапов развития, переходя к а ж д ы й р а з из менее равновесного в энергетическом отношении со­ с т о я н и я в более равновесное ( к в а з и р а в н о в е с н о е ). Н а п р и м е р, п р е о б р а з о в а н и е структуры при в ы в е т р и в а н и и породы н а и б о л е е интенсивно на н а ч а л ь н ы х с т а д и я х р а з р у ш е н и я, а з а т е м, по мере р а з в и т и я полного п р о ф и л я коры в ы в е т р и в а н и я, этот процесс з а ­ т у х а е т и структура постепенно переходит в к в а з и р а в н о в е с н о е со­ стояние. П о э т о м у в непрерывном процессе петрогенеза и лито­ генеза пород м о ж н о выделить описанные в ы ш е энергетические типы структур, о б р а з о в а н и е которых соответствует р а з л и ч н ы м к в а з и р а в н о в е с н ы м состояниям. У тонкодисперсных осадочных о б р а з о в а н и й, например, ф о р м и р о в а н и е д а л ь н и х к о а г у л я ц и о н н ы х с т р у к т у р с в я з а н о с з а в е р ш е н и е м процессов седиментогенеза, б л и ж н е й коагуляционной структуры — с процессами д и а г е н е з а, цементационной — с процессами к а т а г е н е з а, к р и с т а л л и з а ц и о н ­ н о й — с процессами м е т а м о р ф и з м а.

И з м е н е н и я состояния и структуры породы всегда сопровож­ д а ю т с я процессами массо- и энергообмена. П р и прогрессивном литогенезе массо- и энергообмен н а п р а в л е н в основном извне, в сторону породы, и в ы з ы в а е т упрочнение и увеличение внутрен­ ней энергии структуры. Исходя из з а к о н о в т е р м о д и н а м и к и, из­ менение энергии структуры dU при этом м о ж н о в ы р а з и т ь следу­ ющим о б р а з о м :

dU = SQ +^U IM — ЬА, (1.1) 1 где 6Q — количество тепла, переданное породе;

Ui — количество энергии, переносимое одним молем в е щ е с т в а ;

8Mi — число молей в е щ е с т в а, привносимое в систему;

бЛ — р а б о т а, с о в е р ш а е м а я при изменении о б ъ е м а системы.

П р и регрессивном литогенезе н а п р а в л е н н о с т ь массо- и энер­ гообмена о б р а т н а я : от породы в сторону внешней среды.

Д и н а м и к а структур под влиянием геологических процессов п р о я в л я е т с я не только в массо- и энергообмене, но и в измене­ нии их организованности (морфометрические и геометрические п р и з н а к и ). Д е й с т в и т е л ь н о, в процессе литогенеза дисперсных пород меняется степень агрегированности с т р у к т у р н ы х элемен­ тов, их у п а к о в к и и пространственной ориентировки, что приво­ дит к постепенной смене геометрического о б л и к а структур. Н а ­ пример, у глинистых пород по мере п о в ы ш е н и я степени их лити ф и к а ц и и в о з м о ж н ы с л е д у ю щ и е в з а и м о п е р е х о д ы геометрических типов с т р у к т у р : я ч е и с т а я - м а т р и ч н а я - т у р б у л е н т н а я.

Мерой организованности структур л ю б ы х систем я в л я е т с я э н т р о п и я, о т р а ж а ю щ а я статистический х а р а к т е р р а з л и ч н ы х со­ стояний системы. С повышением степени организованности си­ стемы ее энтропия с н и ж а е т с я. Так, а г р е г а ц и я структурных эле­ ментов, увеличение их анизометричности, повышение степени пространственной ориентации и уплотнение системы, т. е. все процессы, п о в ы ш а ю щ и е внутреннюю энергию структуры, приво д я т к с н и ж е н и ю ее с т р у к т у р н о й э н т р о п и и [ 1 5 ]. Е с л и вновь о б р а ­ титься к г л и н и с т ы м с и с т е м а м, то н а и б о л ь ш е й э н т р о п и е й среди и з в е с т н ы х типов с т р у к т у р глин о б л а д а е т я ч е и с т а я, х а р а к т е р и з у ­ ю щ а я с я м и н и м а л ь н о й степенью а г р е г а ц и и ч а с т и ц, отсутствием преимущественной ориентации частиц и агрегатов, сферичностью основных к о м п о з и ц и о н н ы х э л е м е н т о в (ячеек) и м и н и м а л ь н о й у п л о т н е н н о с т ь ю. Н а и м е н ь ш а я э н т р о п и я типична д л я т у р б у л е н т ­ ных с т р у к т у р, о б р а з о в а н н ы х к р у п н ы м и а г р е г а т а м и г л и н и с т ы х ч а с т и ц, х о р о ш о о р и е н т и р о в а н н ы м и в плоскости н а п л а с т о в а н и й и и м е ю щ и м и в ы с о к у ю степень у п а к о в к и.

П р и с р а в н е н и и степени о р г а н и з о в а н н о с т и с т р у к т у р всех ти­ пов пород, р а з в и т ы х в з е м н о й коре, видно, что н а и б о л ь ш и м и зна­ чениями энтропии обладают структуры поверхностных образо­ в а н и й ( о б л о м о ч н ы е и э ф ф у з и в н ы е п о р о д ы, коры в ы в е т р и в а н и я ), а наименьшими — глубинные магматические и метаморфические породы.

С о г л а с н о в т о р о м у н а ч а л у т е р м о д и н а м и к и, в з а м к н у т ы х си­ с т е м а х п р о т е к а ю т с а м о п р о и з в о л ь н ы е процессы, н а п р а в л е н н ы е на повышение энтропии: диспергация, разупорядочение структур­ ных э л е м е н т о в, п о в ы ш е н и е и з о м е т р и ч н о с т и (сферичности) э л е ­ ментов и т. д. [ 1 4 ]. В п р и р о д н ы х у с л о в и я х п о д д е р ж а н и е у п о р я ­ доченности и о р г а н и з о в а н н о с т и систем п р о и с х о д и т за счет э н е р ­ гии, постоянно п о г л о щ а е м о й ими извне, т. е. о т р и ц а т е л ь н о й эн­ тропии, или негэнтропии. Е с л и к о л и ч е с т в о негэнтропии п р е в ы ­ ш а е т п р и р а щ е н и е э н т р о п и и, то п р о и с х о д и т д а л ь н е й ш е е п о в ы ш е ­ ние у п о р я д о ч е н н о с т и с т р у к т у р ы, х а р а к т е р н о е д л я с а м о о р г а н и з у ­ ю щ и х с я систем. П о д о б н ы й процесс типичен д л я р а з в и т и я струк­ т у р п о р о д при прогрессивном л и т о г е н е з е и м е т а м о р ф и з м е, к о г д а п р о и с х о д и т постепенное у п р о ч н е н и е с т р у к т у р пород. С л е д о в а ­ тельно, п р о г р е с с и в н ы й л и т о г е н е з и м е т а м о р ф и з м я в л я ю т с я в с т р у к т у р н о м отношении н е г э н т р о п и й н ы м и и п р и в о д я т к с н и ж е ­ нию с т р у к т у р н о й энтропии горных пород.

П р и в ы в е т р и в а н и и р а з в и в а ю т с я о б р а т н ы е п р о ц е с с ы — дис­ пергация, разуплотнение, разориентация структурных элемен­ тов,— о б у с л о в л и в а ю щ и е с н и ж е н и е о р г а н и з о в а н н о с т и п о р о д и по­ в ы ш е н и е их с т р у к т у р н о й э н т р о п и и, п о э т о м у р е г р е с с и в н ы й лито­ генез с л е д у е т с ч и т а т ь э н т р о п и й н ы м п р о ц е с с о м.

1.1.3. Уровенный п о д х о д к изучению структур пород Т о л щ и п о р о д, с л а г а ю щ и е з е м н у ю кору, в с т р у к т у р н о м отно­ шении п р е д с т а в л я ю т собой с л о ж н о о р г а н и з о в а н н у ю систему.

В соответствии с и е р а р х и ч н о с т ь ю с т р о е н и я т а к и х т о л щ в них м о ж н о в ы д е л и т ь н е с к о л ь к о уровней о р г а н и з а ц и и в е щ е с т в а — м и н е р а л ь н ы й, г о р н о п о р о д н ы й и ф о р м а ц и о н н ы й, — к о т о р ы м соот­ ветствуют с т р у к т у р ы р а з л и ч н ы х уровней. Н а м и н е р а л ь н о м уров­ н е — это с т р у к т у р а м и н е р а л о в, на г о р н о п о р о д н о м ( ф а ц и а л ь ном) — с т р у к т у р а п о р о д, на ф о р м а ц и о н н о м — с т р у к т у р а геологи ческих т е л, с л о ж е н н ы х а с с о ц и а ц и я м и горных пород ( ф о р м а ц и я ­ ми, с у б ф о р м а ц и я м и, геолого-генетическими к о м п л е к с а м и ).

В и н ж е н е р н о й геологии с т р у к т у р ы о б ъ е к т о в з е м н о й к о р ы изу­ ч а ю т с я на всех у р о в н я х. Д а н н ы е о с т р у к т у р е м и н е р а л о в необхо­ д и м ы д л я п о н и м а н и я их м о р ф о м е т р и ч е с к и х особенностей и по­ в е р х н о с т н ы х я в л е н и й, р а з в и в а ю щ и х с я на г р а н и ц е м и н е р а л — в о ­ д а или м и н е р а л — г а з, а отсюда — поведения р а з л и ч н ы х м и н е р а ­ лов в минеральных ассоциациях. Результаты исследования с т р у к т у р на горнопородном уровне и с п о л ь з у ю т с я д л я оценки свойств п о р о д к а к м н о г о к о м п о н е н т н ы х систем, а на ф о р м а ц и о н ном уровне — д л я получения п р е д с т а в л е н и й о поведении много­ слойных т о л щ п о р о д и с л а г а е м ы х ими м а с с и в о в.

И е р а р х и ч е с к и й подход при описании с т р у к т у р геологических о б ъ е к т о в имеет в а ж н о е з н а ч е н и е д л я п р а в и л ь н о г о в ы д е л е н и я их с т р у к т у р н ы х п р и з н а к о в на к а ж д о м уровне. К с о ж а л е н и ю, э т а п р о б л е м а в и н ж е н е р н о й геологии пока не р е ш е н а до конца, в с в я з и с чем в о з н и к а е т много о ш и б о к в т р а к т о в к е понятий «струк­ т у р а породы» и « с т р у к т у р а т о л щ и ( м а с с и в а ) ». Д о н а с т о я щ е г о в р е м е н и существует мнение, что с т р у к т у р а п о р о д ы х а р а к т е р и з у ­ ется о р г а н и з а ц и е й в е щ е с т в а в н е б о л ь ш о м ее о б ъ е м е ( о б р а з ц е, ш л и ф е ), а особенности строения породы в с л о е или п л а с т е отно­ с я т с я к ее текстуре. Т а к у ю с в я з ь понятий с т р у к т у р ы и т е к с т у р ы породы с масштабным фактором нельзя считать правильной.

Л ю б а я порода имеет строго о п р е д е л е н н у ю с т р у к т у р у, т а к ж е к а к о п р е д е л е н н ы й химический и м и н е р а л ь н ы й с о с т а в ы. С т р у к т у ­ ра п о р о д ы х а р а к т е р и з у е т строение монопородного геологическо­ го т е л а, з а н и м а ю щ е г о ф и к с и р о в а н н у ю о б л а с т ь геологического п р о с т р а н с т в а. Т а к и м м о н о п о р о д н ы м телом м о ж е т быть слой, го­ ризонт или сочетание слоев, п р е д с т а в л е н н ы х о п р е д е л е н н ы м пет­ р о г р а ф и ч е с к и м типом породы. П о э т о м у х а р а к т е р и с т и к а структу­ ры породы в о т р ы в е от особенностей строения о б р а з у е м о г о ей геологического т е л а л и ш е н а внутренней л о г и к и.

И з у ч е н и е с т р у к т у р пород часто в е д е т с я на р а з л и ч н ы х м а с ­ ш т а б н ы х у р о в н я х. П р и этом на к а ж д о м уровне в н и м а н и е акцен­ т и р у е т с я на р а з н ы х особенностях с т р у к т у р ы. П р и изучении с т р у к т у р ы п о р о д ы в о б н а ж е н и и о т м е ч а ю т с я д е т а л и, часто неви­ д и м ы е в о б р а з ц е : н а л и ч и е о т д е л ь н о с т е й, крупной слоистости, включений, литогенетической т р е щ и н о в а т о с т и и т. д. П р и иссле­ д о в а н и и с т р у к т у р ы п о р о д ы в о б р а з ц е в и з у а л ь н о или с п о м о щ ь ю л у п ы о т м е ч а ю т с я д р у г и е п р и з н а к и с т р у к т у р ы : зернистость, сте­ пень о к р и с т а л л и з о в а н н о с т и, с л а н ц е в а т о с т ь и т. д. И з у ч е н и е с т р у к т у р ы п о р о д ы в ш л и ф е или а н ш л и ф е с применением оптиче­ ских или э л е к т р о н н ы х м и к р о с к о п о в п о з в о л я е т у с т а н о в и т ь многие тонкие д е т а л и с т р о е н и я п о р о д : м о р ф о м е т р и ч е с к и е особенности с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в, х а р а к т е р их в з а и м о д е й с т в и я, м и к р о с л о ­ истость, н а л и ч и е ц е м е н т а и т. д.

С у щ е с т в о в а н и е м а с ш т а б н о г о ф а к т о р а, по мнению Е. М. С е р ­ геева и Г. Г. И л ь и н с к о й, в ы з ы в а е т необходимость и з у ч а т ь струк­ т у р у глинистых п о р о д на трех м а с ш т а б н ы х у р о в н я х : м а к р о -, мезо- и м и к р о у р о в н е. Т а к о й п о д х о д к и с с л е д о в а н и ю с т р у к т у р со­ в е р ш е н н о н е о б х о д и м и п о л н о с т ь ю о п р а в д а н, но п р е д с т а в л я е т с я ц е л е с о о б р а з н ы м в ы д е л е н и е не трех, а двух м а с ш т а б н ы х уровней и с с л е д о в а н и й : м а к р о - и м и к р о у р о в н я. Н а первом в ы я в л я ю т все особенности строения породы в о б н а ж е н и и и о б р а з ц е в и з у а л ь ­ но, а на втором — с п о м о щ ь ю оптических и р а с т р о в ы х э л е к т р о н ­ ных м и к р о с к о п о в. В ы д е л е н и е м е з о у р о в н я н е ц е л е с о о б р а з н о, т а к к а к отсутствуют четкие м а с ш т а б н ы е критерии р а з г р а н и ч е н и я особенностей с т р у к т у р на микро- и м е з о у р о в н е.

Д л я полной и всесторонней о ц е н к и с т р у к т у р г л и н и с т ы х по­ род н е о б х о д и м о п р о в о д и т ь их изучение на обоих м а с ш т а б н ы х уровнях. К сожалению, в настоящее время такое исследование п р о в о д и т с я не во всех с л у ч а я х. Ч а с т о м а к р о с к о п и ч е с к и е описа­ ния с т р у к т у р ы д е л а ю т с я в о т р ы в е от м и к р о с к о п и ч е с к и х и н а о б о ­ рот. Б о л ь ш и н с т в о с у щ е с т в у ю щ и х к л а с с и ф и к а ц и й с т р у к т у р гли­ нистых п о р о д о с н о в а н о на р а с с м о т р е н и и о п р е д е л е н н ы х п р и з н а ­ ков, в ы д е л я е м ы х при их м а к р о с к о п и ч е с к о м или м и к р о с к о п и ч е ­ ском описании.

Ч т о б ы п о д ч е р к н у т ь, ч т о и с с л е д о в а н и я ведутся на о п р е д е л е н ­ ном м а с ш т а б н о м у р о в н е, при описании с т р у к т у р т о н к о д и с п е р с ­ ных пород и с п о л ь з у ю т с я п о н я т и я « м и к р о с т р у к т у р а » ( м и к р о с т р о ­ ение) и « м а к р о с т р у к т у р а » ( м а к р о с т р о е н и е ). И з этих с о о б р а ж е ­ ний слово м и к р о с т р у к т у р а вынесено в н а з в а н и е э т о й р а б о т ы.

О б а п о н я т и я следует р а с с м а т р и в а т ь к а к м а с ш т а б н ы е, а не и е р а р х и ч е с к и е ;

в э т о м с м ы с л е они и с п о л ь з у ю т с я и при последу­ ющем изложении материала.

1.2. СТРУКТУРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ С т р у к т у р а породы о п р е д е л я е т с я с о с т а в о м, к о л и ч е с т в е н н ы м соотношением и в з а и м о д е й с т в и е м ее к о м п о н е н т о в. П р и этом под к о м п о н е н т а м и п о р о д ы п о н и м а ю т ее т в е р д у ю, ж и д к у ю и г а з о о б ­ разную составляющие [7]. Структуры пород образуются твер­ дыми (минеральными) структурными элементами, слагающими с т р у к т у р н ы й скелет, и п о р а м и, з а п о л н е н н ы м и п о д в и ж н ы м и ( ж и д ­ ким и г а з о в ы м ) компонентами породы. Сочетание в объеме т в е р д ы х э л е м е н т о в с п о р а м и х а р а к т е р и з у е т внешний о б л и к с т р у к т у р ы. П р и изучении с т р у к т у р ы п о р о д ы б о л ь ш о е з н а ч е н и е имеет р а с с м о т р е н и е с т р у к т у р н ы х особенностей ее о т д е л ь н ы х элементов.

1.2.1. Твердые структурные элементы и их показатели П о д т в е р д ы м и с т р у к т у р н ы м и э л е м е н т а м и следует п о н и м а т ь э л е м е н т а р н ы е м и н е р а л ь н ы е ч а с т и ц ы, з е р н а и их а с с о ц и а ц и и, оп­ р е д е л я ю щ и е п р и р о д н у ю дисперсность п о р о д ы и ф о р м и р у ю щ и е ее с т р у к т у р н ы й скелет. В г л и н и с т ы х п о р о д а х в ы д е л я ю т с л е д у ю ­ щие с т р у к т у р н ы е э л е м е н т ы : п е р в и ч н ы е г л и н и с т ы е ч а с т и ц ы, у л ь трамикроагрегаты, микроагрегаты, агрегаты, зерна, а т а к ж е в к л ю ч е н и я о с т а т к о в м и к р о ф а у н ы и ф л о р ы, м и к р о к р и с т а л л о в со­ лей и рудных минералов [ 6 ].

Первичные глинистые частицы представлены микрокристал­ л а м и г л и н и с т ы х м и н е р а л о в, к о т о р ы е устойчивы к м е х а н и ч е с к и м и ф и з и к о - х и м и ч е с к и м в о з д е й с т в и я м. Ч а с т и ц ы глинистых м и н е р а ­ л о в и м е ю т в и д тонких и з о м е т р и ч н ы х или в ы т я н у т ы х п л а с т и н о к, ч е ш у е к, т р у б о ч е к. Р а з м е р г л и н и с т ы х ч а с т и ц во многом о п р е д е ­ л я е т с я их м и н е р а л ь н ы м составом и в а р ь и р у е т от д е с я т ы х долей н а н о м е т р а ( м о н т м о р и л л о н и т ) до н е с к о л ь к и х м и к р о м е т р о в ( к а о ­ л и н и т ). П о д р о б н о е о п и с а н и е особенностей ч а с т и ц г л и н и с т ы х ми­ н е р а л о в с о д е р ж и т с я в р а б о т а х Л. Г. Р е к ш и н с к о й, X. Б ь ю т е л с п е й ч е р а и X. М а р е л а.

Отдельные частицы в глинистых породах, как правило, объ­ единены в у л ь т р а м и к р о а г р е г а т ы и м и к р о а г р е г а т ы. П е р в ы е п р е д ­ с т а в л я ю т собой а с с о ц и а ц и и из н е с к о л ь к и х частиц, обычно в з а и ­ м о д е й с т в у ю щ и х по типу б а з и с — б а з и с и и м е ю щ и х п л а с т и н ч а т у ю или л и с т о о б р а з н у ю ф о р м у. Н а и б о л е е х а р а к т е р н ы у л ь т р а м и к р о ­ агрегаты для смектитов и смешаннослойных минералов, д л я ко­ т о р ы х п о н я т и е первичной ч а с т и ц ы я в л я е т с я н е о п р е д е л е н н ы м, по­ с к о л ь к у оно п о д р а з у м е в а е т ч а с т и ц у т о л щ и н о й в один или не­ с к о л ь к о э л е м е н т а р н ы х слоев к р и с т а л л и ч е с к о й с т р у к т у р ы. В при­ р о д н ы х г л и н и с т ы х о б р а з о в а н и я х эти м и н е р а л ы в с т р е ч а ю т с я в виде д о с т а т о ч н о п л о т н ы х с к о п л е н и й глинистого м а т е р и а л а, ко­ т о р ы е п р а в и л ь н е е с ч и т а т ь не первичной ч а с т и ц е й, а у л ь т р а м и к роагрегатом. При определенных условиях ультрамикроагрега­ ты о б р а з у ю т и д р у г и е г л и н и с т ы е м и н е р а л ы ( к а о л и н и т, г и д р о ­ с л ю д ы ). Д л и н а у л ь т р а м и к р о а г р е г а т о в и з м е н я е т с я от д о л е й до нескольких м и к р о м е т р о в. В а ж н а я особенность у л ь т р а м и к р о а г р е ­ г а т о в — их д о с т а т о ч н о в ы с о к а я прочность. У л ь т р а м и к р о а г р е г а ­ ты не р а з р у ш а ю т с я (или р а з р у ш а ю т с я частично) при п о д г о т о в к е глин к г р а н у л о м е т р и ч е с к о м у а н а л и з у с п р и м е н е н и е м с п е ц и а л ь ­ ных м е х а н и ч е с к и х и ф и з и к о - х и м и ч е с к и х м е т о д о в. П о э т о м у при г р а н у л о м е т р и ч е с к о м а н а л и з е, н а п р и м е р, глин м о н т м о р и л л о н и тового с о с т а в а п о л у ч а е м ы е д а н н ы е о т р а ж а ю т не п р е д е л ь н о дис­ п е р г и р о в а н н о е состояние их, а с к о р е е ультрамикроагрегатный состав.

М и к р о а г р е г а т ы п р е д с т а в л я ю т собой а с с о ц и а ц и и г л и н и с т ы х ч а с т и ц и у л ь т р а м и к р о а г р е г а т о в, не р а с п а д а ю щ и е с я в воде при отсутствии ф и з и к о - х и м и ч е с к и х д и с п е р г а т о р о в и м е х а н и ч е с к о г о в о з д е й с т в и я. М и к р о а г р е г а т ы — основной с т р у к т у р н ы й э л е м е н т п р и р о д н ы х глин. В з а в и с и м о с т и от м и н е р а л ь н о г о с о с т а в а, ф о р ­ мы и дисперсности п е р в и ч н ы х г л и н и с т ы х ч а с т и ц и у л ь т р а м и к р о ­ а г р е г а т о в, а т а к ж е у с л о в и й их о с а д к о н а к о п л е н и я, м и к р о а г р е г а ­ ты могут иметь р а з л и ч н у ю ф о р м у. И х р а з м е р и з м е н я е т с я от не­ с к о л ь к и х до д е с я т к о в м и к р о м е т р о в (по м а к с и м а л ь н о м у и з м е р е ­ нию).

Н а и б о л е е р а с п р о с т р а н е н ы м и к р о а г р е г а т ы, в к о т о р ы х глини­ стые ч а с т и ц ы и у л ь т р а м и к р о а г р е г а т ы к о н т а к т и р у ю т по б а з и с ­ ным п л о с к о с т я м или по типу б а з и с — с к о л, но п о д м а л ы м и у г л а ми н а к л о н а частиц, что приводит к о б р а з о в а н и ю анизометрич ных с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в л и с т о в а т о й, вытянутой и с л е г к а изо­ гнутой ф о р м ы (рис. 1.1,а).

К а о л и н и т ы часто о б р а з у ю т д о м е н о п о д о б н ы е м и к р о а г р е г а т ы, с о с т о я щ и е из а к с и а л ь н о о р и е н т и р о в а н н ы х первичных ч а с т и ц и у л ь т р а м и к р о а г р е г а т о в (см. рис. 1.1,6). В р я д е с л у ч а е в в г л и н а х п о л и м и н е р а л ь н о г о состава могут в с т р е ч а т ь с я и з о м е т р и ч н ы е мик­ р о а г р е г а т ы (см. рис. 1.1,б).

Д л я микроагрегатов монтмориллонита и смешаннослойных минералов характерна тонкая листообразная форма. Границы м е ж д у м и к р о а г р е г а т а м и п р о с л е ж и в а ю т с я плохо, и один микро­ а г р е г а т постепенно переходит в другой.

Весьма специфическую ф о р м у м и к р о а г р е г а т о в имеют смекти т ы и б о г а т ы е ж е л е з о м г и д р о с л ю д ы (нонтронит и г л а у к о н и т ).

Оба минерала образуют микроагрегаты глобулярной формы, д и а м е т р о м от н е с к о л ь к и х до д е с я т к о в м и к р о м е т р о в, с о с т о я щ и е из тонких изогнутых листочков нонтронита и п л а с т и н ч а т ы х ча­ стичек г л а у к о н и т а.

П р и о п р е д е л е н н ы х у с л о в и я х глинистые м и к р о а г р е г а т ы и пер­ вичные п ы л е в а т ы е з е р н а о б р а з у ю т более с л о ж н ы е с т р у к т у р п ы е э л е м е н т ы — глинистые (см. рис. 1.1, г) и г л и н и с т о - п ы л е в а т ы е аг­ р е г а т ы (см. рис. IЛ,г'), с о с т о я щ и е из нескольких глинистых м и к р о а г р е г а т о в, или а с с о ц и а ц и и глинистых м и к р о а г р е г а т о в с пылеватыми и тонкопесчаными зернами. Агрегаты, как правило, менее устойчивы в воде, чем м и к р о а г р е г а т ы.

В з а в и с и м о с т и от м и н е р а л ь н о г о с о с т а в а и дисперсности гли­ нистых пород, н а л и ч и я в них г и д р о к с и д а ж е л е з а, о р г а н и к и и к а р б о н а т о в, р а з м е р а г р е г а т о в и з м е н я е т с я от н е с к о л ь к и х десят­ ков до сотен м и к р о м е т р о в. В отличие от м и к р о а г р е г а т о в агрега­ т ы обычно изометричны. В п р и р о д н ы х г л и н а х а г р е г а т ы встреча­ ю т с я не всегда, а г р а н и ц ы м е ж д у ними при исследовании под оптическим и р а с т р о в ы м э л е к т р о н н ы м м и к р о с к о п а м и у с т а н о в и т ь д о в о л ь н о с л о ж н о. Л у ч ш е всего а г р е г а т ы в ы д е л я ю т с я в глини­ стых о б р а з о в а н и я х э л ю в и а л ь н о г о и г и д р о т е р м а л ь н о г о проис­ х о ж д е н и я, где их контуры п о д ч е р к и в а ю т с я г р а н и ц а м и п р е о б р а ­ з о в а н н ы х первичных зерен м а т е р и н с к и х пород. В этом с л у ч а е н а л и ч и е а г р е г а т о в у с т а н а в л и в а ю т по м и к р о т р е щ и н а м или тон­ к и м о р и е н т и р о в а н н ы м п р о с л о я м глинистых ч а с т и ц на их грани­ цах.

О р и е н т а ц и я м и к р о а г р е г а т о в внутри а г р е г а т о в м о ж е т быть са­ мой р а з л и ч н о й, но п р е о б л а д а ю т а г р е г а т ы с н е о р и е н т и р о в а н н ы м или с л а б о о р и е н т и р о в а н н ы м р а с п о л о ж е н и е м м и к р о а г р е г а т о в. К а к частный с л у ч а й в ы д е л я ю т а г р е г а т ы с высокой о р и е н т а ц и е й всего глинистого м а т е р и а л а, п о л у ч и в ш и е н а з в а н и е б л о к о в или м и к р о ­ блоков.

П е р в и ч н ы е м и н е р а л ь н ы е з е р н а в глинистых п о р о д а х пред­ с т а в л е н ы о б л о м к а м и к в а р ц а, с л ю д ы, полевого ш п а т а и кальци­ та, среди которых н а и б о л е е х о р о ш о изучены з е р н а к в а р ц е в о г о состава. П р е о б л а д а ю т и з о м е т р и ч н ы е з е р н а р а з л и ч н о й степени Рис. 1.1. Твердые структурные элементы в глинистых породах о к а т а н н о с т и и с о х р а н н о с т и (см. рис. 1.1, д, е). Р а з м е р зерен ко­ л е б л е т с я от 0,005 д о 2 мм. Х а р а к т е р н а я о с о б е н н о с т ь п е р в и ч н ы х м и н е р а л ь н ы х з е р е н — н а л и ч и е на них « р у б а ш е к » из тонкодис­ п е р с н о г о м а т е р и а л а (см. рис. 1.1, е), п р е д с т а в л е н н о г о ч а с т и ц а м и г л и н и с т ы х м и н е р а л о в, г и д р о к с и д а м и ж е л е з а, к а р б о н а т а м и, ор ганоминеральными соединениями. Наличие «рубашек» оказыва­ ет с у щ е с т в е н н о е в л и я н и е на к о н т а к т н ы е в з а и м о д е й с т в и я этих зе­ рен и их п о в е д е н и е в г л и н и с т ы х п о р о д а х.

В к а ч е с т в е в к л ю ч е н и й, особенно в м о л о д ы х г л и н и с т ы х о с а д ­ к а х м о р с к о г о и о з е р н о г о п р о и с х о ж д е н и я, ч а с т о в с т р е ч а ю т с я ос­ т а т к и м и к р о ф л о р ы и м и к р о ф а у н ы р а з л и ч н о й степени с о х р а н н о ­ сти, о б ы ч н о п р е д с т а в л е н н ы е к а р б о н а т н ы м и с к е л е т и к а м и к о к к о л и т о ф о р и д, о б л о м к а м и к р е м н и с т ы х п а н ц и р е й д и а т о м о в ы х водо­ рослей и р а д и о л я р и й, с п о р а м и и п ы л ь ц о й р а з л и ч н ы х р а с т е н и й, б а к т е р и я м и. К р о м е того, в п о р о д а х м о р с к о г о п р о и с х о ж д е н и я и г л и н и с т ы х о б р а з о в а н и я х а р и д н ы х зон н а б л ю д а ю т с я в к л ю ч е н и я р а з л и ч н ы х солей. Ч а щ е всего это к о л л о м о р ф н ы е с к о п л е н и я тон­ к о д и с п е р с н ы х к р и с т а л л о в х е м о г е н н о г о к а л ь ц и т а или н и т е в и д н ы е микрокристаллы аутигенного кальцита [ 6 ].

В м о р с к и х г л и н и с т ы х о т л о ж е н и я х нередки в к л ю ч е н и я пири­ т а, д ж а й п у р и т а и д р у г и х р у д н ы х о б р а з о в а н и й. Н а к о н е ц, многие глины с о д е р ж а т в к л ю ч е н и я о р г а н и ч е с к и х в е щ е с т в в в и д е с л а б о разложившихся органических остатков, гуминовых и других вы­ с о к о м о л е к у л я р н ы х соединений. Р а з л о ж и в ш а я с я о р г а н и к а а к т и в ­ но в з а и м о д е й с т в у е т с г л и н и с т ы м и м и н е р а л а м и, о б р а з у я на их поверхности своеобразные органоминеральные комплексы, хоро­ ш о р а з л и ч и м ы е п о д р а с т р о в ы м э л е к т р о н н ы м м и к р о с к о п о м по глобулярным агрегатам гуминовых кислот [ 6 ].

Основные характеристики твердых структурных элементов р а з м е р, степень а г р е г и р о в а н н о с т и, ф о р м а, у д е л ь н а я поверх­ ность. Р а з м е р с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в г л и н и с т ы х п о р о д м о ж е т о ц е н и в а т ь с я к о с в е н н ы м и и п р я м ы м и м е т о д а м и. В п р а к т и к е грун­ т о в е д е н и я н а и б о л ь ш е е р а с п р о с т р а н е н и е п о л у ч и л и п е р в ы е, осно­ в а н н ы е на и с п о л ь з о в а н и и з а в и с и м о с т и скорости о с а ж д е н и я ча­ с т и ц в ж и д к о й или в о з д у ш н о й с р е д е от их р а з м е р а. П р и этом п р и н я т о в ы д е л я т ь с л е д у ю щ и е ф р а к ц и и ч а с т и ц : г л и н и с т у ю (ме­ нее 0,001 м м ), м е л к о п ы л е в а т у ю (0,001—0,01 м м ), к р у п н о п ы л е в а т у ю (0,01—0,05 м м ), п е с ч а н у ю ( б о л е е 0,05 м м ) [7, 2 0 ]. П р и ­ меняя различные методы подготовки породы к анализу, удается у с т а н о в и т ь ее г р а н у л о м е т р и ч е с к и й и м и к р о а г р е г а т н ы й с о с т а в ы.

В п е р в о м с л у ч а е а н а л и з и р у ю т р а з м е р п е р в и ч н ы х ч а с т и ц и зерен и н а х о д я т их о т н о с и т е л ь н о е с о д е р ж а н и е в п о р о д е ;

во в т о р о м оп­ р е д е л я ю т с о д е р ж а н и е в о т д е л ь н ы х р а з м е р н ы х ф р а к ц и я х не толь­ ко п е р в и ч н ы х з е р е н и ч а с т и ц, но и в о д о с т о й к и х м и к р о а г р е г а т о в и агрегатов. Таким образом, гранулометрический состав дает п р е д с т а в л е н и е о с о д е р ж а н и и п е р в и ч н ы х зерен и ч а с т и ц в поро­ де, в то в р е м я к а к м и к р о а г р е г а т н ы й о т р а ж а е т ее п р и р о д н у ю дис­ персность, о т в е ч а ю щ у ю т е м ф и з и к о - х и м и ч е с к и м у с л о в и я м, в ко­ т о р ы х она н а х о д и т с я.

О п р е д е л е н и е р а з м е р о в т в е р д ы х с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в гли­ нистых п о р о д п р я м ы м м е т о д о м о с н о в а н о на изучении ш л и ф о в и а н ш л и ф о в с п о м о щ ь ю оптических м и к р о с к о п о в, о с н а щ е н н ы х микрометрическими насадками. Однако из-за малой разрешаю­ щ е й способности и н е б о л ь ш о й г л у б и н ы ф о к у с а т а к и х м и к р о с к о ­ пов, а т а к ж е с л о ж н о с т и п р и г о т о в л е н и я ш л и ф о в и а н ш л и ф о в, этот м е т о д не получил ш и р о к о г о р а с п р о с т р а н е н и я в и н ж е н е р н о й геологии. Н а и б о л е е часто он п р и м е н я е т с я в п е т р о г р а ф и и и ли­ тологии, где с его п о м о щ ь ю о ц е н и в а е т с я количественное соотно­ ш е н и е м е ж д у о т н о с и т е л ь н о г р у б о д и с п е р с н ы м м а т е р и а л о м (ча­ стицы р а з м е р о м б о л е е 0,01 мм) и основной т о н к о д и с п е р с н о й м а с ­ сой п о р о д ы.

У с о в е р ш е н с т в о в а н и е оптических и э л е к т р о н н ы х м и к р о с к о п о в и их соединение с Э В М с у щ е с т в е н н о р а с ш и р и л и в о з м о ж н о с т и п р я м ы х методов, о т к р ы л и п е р с п е к т и в у их п р и м е н е н и я д л я оцен­ ки п а р а м е т р о в т в е р д ы х с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в г л и н и с т ы х по­ род. П р и в е д е н н ы е в п о с л е д у ю щ и х г л а в а х х а р а к т е р и с т и к и мор ф о м е т р и ч е с к и х особенностей с т р у к т у р получены в основном с помощью прямых методов.

Н а и б о л ь ш е е р а с п р о с т р а н е н и е п р я м ы е методы п о л у ч и л и при о ц е н к е ф о р м ы и х а р а к т е р а поверхности с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в.

В н а с т о я щ е е в р е м я на основе этих м е т о д о в р а з р а б о т а н р я д спо­ собов определения количественных показателей морфологиче­ ских особенностей частиц, з е р е н и пор [ 2 0 ].

В п о с л е д н е е в р е м я был р а з р а б о т а н к о л и ч е с т в е н н ы й м е т о д оценки ф о р м ы и х а р а к т е р а поверхности с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в с п о м о щ ь ю Ф у р ь е - п р е о б р а з о в а н и я ф у н к ц и и, о п и с ы в а ю щ е й кон­ тур и з о б р а ж е н и я ч а с т и ц ы [ 2 0 ]. П р и и с п о л ь з о в а н и и этого м е т о д а о ц е н к а ф о р м ы (отличие от к р у г а ) п р о в о д и т с я по к о э ф ф и ц и е н т у Р, о п р е д е л я е м о м у с первой по д е с я т у ю г а р м о н и к у с п е к т р а Ф у р ь е ( P l = P i - I o ). Коэффициенты Р 2, Р З и Р 4 дают количественную оценку х а р а к т е р а поверхности. Н а п р и м е р, к о э ф ф и ц и е н т Р 2 = = P i 1-го о т р а ж а е т о т н о с и т е л ь н у ю в е л и ч и н у к р у п н ы х неровностей, к о э ф ф и ц и е н т Р З = Рг1-зо х а р а к т е р и з у е т в е л и ч и н у м е л к о й ш е р о ­ х о в а т о с т и, а Р 4 = Р ц - з о о п р е д е л я е т с р е д н ю ю величину ш е р о х о в а ­ т о с т и поверхности.

В а ж н ы м и п о к а з а т е л я м и, х а р а к т е р и з у ю щ и м и степень р а з ­ дробленности твердых структурных элементов породы, являются в е л и ч и н а Z ) = l / d, о б р а т н а я с р е д н е м у д и а м е т р у ч а с т и ц и полу­ ч и в ш а я в к о л л о и д н о й химии н а з в а н и е дисперсности, а т а к ж е п л о щ а д ь поверхности S в единице о б ъ е м а S = S/V, названная о б ъ е м н о й у д е л ь н о й п о в е р х н о с т ь ю. Ч е м м е н ь ш е р а з м е р частиц, тем б о л ь ш е дисперсность и у д е л ь н а я о б ъ е м н а я п о в е р х н о с т ь и - наоборот. Т а к, куб с р е б р о м / = 1 - 1 0 м будет иметь дисперс­ -2 -1 - ность Z ) = I - I O м и у д е л ь н у ю п о в е р х н о с т ь S = 6• 10 м. П р и д е л е н и и г р а н е й этого к у б а п о п о л а м эти п а р а м е т р ы будут следу­ -2 -1 -2 - ю щ и м и : /5 = 2 - 1 0 м и S = 12 - Ю м. Е с л и довести р е б р о 6 - к у б а д о 1 м к м, то д л я т а к о й дисперсной системы Z) = IO м, а - S =6 м.

В грунтоведении п о м и м о п о к а з а т е л е й D и S используется величина весовой у д е л ь н о й поверхности S, к о т о р а я с в я з а н а с op о б ъ е м н о й у д е л ь н о й поверхностью S зависимостью S =S ps 0 0 op (где p s — плотность т в е р д ы х ч а с т и ц г р у н т а ).

В е с о в а я у д е л ь н а я поверхность дисперсных п о р о д в а р ь и р у е т в ш и р о к и х п р е д е л а х. Она о п р е д е л я е т с я к а к их г р а н у л о м е т р и ч е ­ ским, т а к и м и н е р а л ь н ы м с о с т а в о м. Н а п р и м е р, д л я супесей и тонких песков в е л и ч и н а S м о ж е т с о с т а в л я т ь 1—2 м / г, д л я op к а о л и н и т а S = 1 0 — 3 0 м /г. М а к с и м а л ь н о й у д е л ь н о й поверхно­ Op стью о б л а д а ю т г л и н и с т ы е породы м о н т м о р и л л о н и т о в о г о с о с т а в а с р а з д в и ж н о й к р и с т а л л и ч е с к о й р е ш е т к о й ( 5 = 40—100 м / г ).

ор Д л я н е к о т о р ы х ч а с т и ц м о н т м о р и л л о н и т о в в е с о в а я у д е л ь н а я по­ верхность м о ж е т д о с т и г а т ь 840 м /г.

О п р е д е л е н и е у д е л ь н о й поверхности с о п р я ж е н о с достаточно б о л ь ш и м и техническими т р у д н о с т я м и, с в я з а н н ы м и с н е о б х о д и м о ­ стью в а к у у м и р о в а н и я о б р а з ц а, его прецизионного в з в е ш и в а н и я и н а с ы щ е н и я р а з л и ч н ы м и г а з а м и или п а р а м и ж и д к о с т и. Н а и ­ б о л ь ш е е р а с п р о с т р а н е н и е получили а д с о р б ц и о н н ы е м е т о д ы : ад­ с о р б ц и я из п а р о в и г а з о в, а д с о р б ц и я из р а с т в о р о в. П о м и м о этих:

методов существует группа ф и л ь т р а ц и о н н ы х, а т а к ж е р а с ч е т н ы х и к о р р е л я ц и о н н ы х методов [20, 44, 5 0 ].

1.2.2. Поровое пространство Д р у г а я с о с т а в л я ю щ а я с т р у к т у р ы п о р о д ы — п о р ы, к о т о р ы е об­ р а з у ю т с я в р е з у л ь т а т е неплотного п р и л е г а н и я т в е р д ы х с т р у к т у р ­ ных э л е м е н т о в друг к другу. О б щ а я величина пористости поро­ ды, а т а к ж е р а з м е р пор и их ф о р м а з а в и с я т от р а з м е р а и ф о р м ы т в е р д ы х с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в, степени их а г р е г и р о в а н н о с т и и уплотненности, х а р а к т е р а р а с п р е д е л е н и я в п р о с т р а н с т в е и т. д.

Т е о р е т и ч е с к и е р а с ч е т ы п о к а з ы в а ю т, что пористость м о д е л ь н ы х г л о б у л я р н ы х структур з а в и с и т от их у п а к о в к и и м о ж е т изме­ няться от 26 % У р о м б о э д р и ч е с к о й ячейки до 47,6 % у кубиче­ ской [27, 4 4 ].

В р е а л ь н ы х у с л о в и я х, в с л е д с т в и е полидисперсности, а н и з о метричности и м а л ы х р а з м е р о в т в е р д ы х с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в пористость г л и н и с т ы х п о р о д м о ж е т д о с т и г а т ь 60 %, а пористость с о в р е м е н н ы х илов — 90 %. В то ж е в р е м я у плотных л и т и ф и ц и р о в а н н ы х глинистых п о р о д она с о с т а в л я е т 3 0 — 3 5 %, а у а р г и л ­ литов и а л е в р о л и т о в не п р е в ы ш а е т 20 %. С л е д у е т отметить, что на величину пористости, особенно у л и т и ф и ц и р о в а н н ы х глини­ стых пород, б о л ь ш о е в л и я н и е о к а з ы в а ю т т р е щ и н ы и м и к р о т р е ­ щ и н ы. В н а с т о я щ е й р а б о т е этот вид пустотности не а н а л и з и р у ­ ется, а р а с с м а т р и в а е т с я т о л ь к о п о р о в а я пустотность.

П о м и м о о б щ е й пористости при изучении глинистых п о р о д ча­ сто в ы д е л я ю т о т к р ы т у ю, з а к р ы т у ю и э ф ф е к т и в н у ю пористость [7, 2 0 ].

О т к р ы т а я пористость х а р а к т е р и з у е т с у м м а р н ы й о б ъ е м пор, с о о б щ а ю щ и х с я м е ж д у собой, а з а к р ы т а я — о б ъ е м и з о л и р о в а н ных п о р. Э ф ф е к т и в н а я, или а к т и в н а я, пористость о п р е д е л я е т с я о б ъ е м о м с о о б щ а ю щ е г о с я порового п р о с т р а н с т в а п о р о д ы з а вы­ четом о б ъ е м а с в я з а н н о й воды ( а д с о р б ц и о н н о й, осмотической и к а п и л л я р н о й ). С в я з а н н а я вода у д е р ж и в а е т с я на поверхности ча­ стиц м о л е к у л я р н ы м и с и л а м и и не м о ж е т быть извлечена из по­ роды при свободной м и г р а ц и и поровых р а с т в о р о в. Т а к и м о б р а ­ з о м, в е л и ч и н а э ф ф е к т и в н о й пористости з а в и с и т от у д е л ь н о й по­ верхности п о р о д ы, в я з к о с т и п о р о в ы х р а с т в о р о в и г р а д и е н т а на­ пора, определяющего движение жидкости.

Р а з м е р пор глинистых п о р о д и з м е н я е т с я в ш и р о к и х преде­ л а х : от сотых д о л е й до н е с к о л ь к и х д е с я т к о в м и к р о м е т р о в. В свя­ з и с э т и м многие а в т о р ы в ы д е л я ю т н е с к о л ь к о типов пор по их р а з м е р а м. С р е д и с у щ е с т в у ю щ и х к л а с с и ф и к а ц и й пор по р а з м е ­ р а м н а и б о л е е о б о с н о в а н н о й я в л я е т с я к л а с с и ф и к а ц и я Е. М. Сер­ г е е в а [ 7 ], с о с т а в л е н н а я д л я д и с п е р с н ы х пород и п о д р а з д е л я ю ­ щ а я поры в соответствии с их генетической п р и н а д л е ж н о с т ь ю и х а р а к т е р о м п е р е д в и ж е н и я в них воды. С о г л а с н о этой к л а с с и ­ ф и к а ц и и в ы д е л я ю т с я у л ь т р а к а п и л л я р н ы е п о р ы (менее 0,1 м к м ), м и к р о п о р ы (0,1 —10 м к м ), мезопоры (10—1000 м к м ) и м а к р о ­ поры ( б о л е е 1000 м к м ).

Э т а к л а с с и ф и к а ц и я б ы л а в з я т а н а м и з а основу. О д н а к о при м о р ф о м е т р и ч е с к и х и с с л е д о в а н и я х в о з н и к л а н е о б х о д и м о с т ь ее некоторой д е т а л и з а ц и и. Это относится п р е ж д е всего к п о д р а з д е ­ л е н и ю м и к р о п о р на т о н к и е (0,1—1 м к м ), м е л к и е (1—10 м к м ) и к р у п н ы е (10— 100 м к м ). К р о м е того, з а н и ж н ю ю г р а н и ц у м а к р о пор б ы л о п р и н я т о з н а ч е н и е 100 м к м, а не 1000 м к м. Т а к и м об­ р а з о м, в п о с л е д у ю щ и х о п и с а н и я х и с п о л ь з у ю т с я с л е д у ю щ и е гра­ д а ц и и п о р : у л ь т р а м и к р о п о р ы (менее 0,1 м к м ), м и к р о п о р ы (0,1 — 100 м к м ) и м а к р о п о р ы (более 100 м к м ).

Д р у г а я в а ж н а я х а р а к т е р и с т и к а пор — ф о р м а. П о м о р ф о л о ­ гии м о ж н о в ы д е л и т ь с л е д у ю щ и е в и д ы пор [ 6 ] :

1) и з о м е т р и ч н ы е, когда отношение л и н е й н ы х р а з м е р о в д в у х н а и б о л е е р а з л и ч а ю щ и х с я сечений не п р е в ы ш а е т 1,5. Р а з м е р по­ ры в этом с л у ч а е х а р а к т е р и з у е т с я д и а м е т р о м к р у г а, о п и с ы в а ю ­ щего ее;

2) а н и з о м е т р и ч н ы е, когда о т н о ш е н и е л и н е й н ы х размеров д в у х н а и б о л е е р а з л и ч а ю щ и х с я сечений и з м е н я е т с я от 1,5 д о 10.

П р и о п и с а н и и р а з м е р а в этом с л у ч а е у к а з ы в а ю т д л и н у и ш и р и ­ ну поры (в некоторых с л у ч а я х м о ж н о у к а з а т ь т о л ь к о с р е д н ю ю ширину);

3) щ е л е в и д н ы е, у которых о т н о ш е н и е л и н е й н ы х р а з м е р о в д в у х н а и б о л е е р а з л и ч а ю щ и х с я сечений п р е в ы ш а е т 10. Р а з м е р т а к и х пор х а р а к т е р и з у е т с я т о л ь к о их ш и р и н о й.

Наличие в глинистых породах структурных элементов раз­ л и ч н ы х р а з м е р н ы х у р о в н е й о б у с л о в л и в а е т с у щ е с т в о в а н и е не­ с к о л ь к и х видов пор. В ы д е л я ю т с я м е ж ч а с т и ч н ы е, м е ж у л ь т р а м и к роагрегатные, межмикроагрегатные, межагрегатные, межзерни­ стые, м е ж м и к р о а г р е г а т н о - з е р н и с т ы е, в н у т р и з е р н и с т ы е и поры биогенного п р о и с х о ж д е н и я [ 6 ].

Рис. 1.2. Виды пор в глинистых породах М е ж ч а с т и ч н ы е п о р ы в о з н и к а ю т внутри у л ь т р а м и к р о ­ а г р е г а т о в и м и к р о а г р е г а т о в в р е з у л ь т а т е неплотного в з а и м н о г о п р и л е г а н и я п е р в и ч н ы х ч а с т и ц (рис. 1.2, а). Р а з м е р ы и ф о р м ы этих пор о п р е д е л я ю т с я м о р ф о л о г и е й в з а и м о д е й с т в у ю щ и х ча­ стиц, р а з м е р о м и х а р а к т е р о м к о н т а к т и р о в а н и я. Внутри у л ь т р а ­ м и к р о а г р е г а т о в м е ж ч а с т и ч н ы е поры имеют щ е л е в и д н у ю ф о р м у с м а к с и м а л ь н о й ш и р и н о й не более 0,1 м к м ( у л ь т р а п о р ы ). П р и отсутствии в породе у л ь т р а м и к р о а г р е г а т о в в м и к р о а г р е г а т а х в с т р е ч а ю т с я а н и з о м е т р и ч н ы е п о р ы ш и р и н о й до 0,5 мкм, к о т о р ы е т а к ж е м о ж н о н а з ы в а т ь м е ж ч а с т и ч н ы м и, или в н у т р и м и к р о а г р е гатными.

Межультрамикроагрегатные поры образуются м е ж д у у л ь т р а м и к р о а г р е г а т а м и и могут иметь с а м у ю р а з л и ч н у ю к о н ф и г у р а ц и ю в з а в и с и м о с т и от п р о с т р а н с т в е н н о г о р а с п о л о ж е ­ ния у л ь т р а м и к р о а г р е г а т о в (см. рис. 1.2, б). П р е о б л а д а ю т щ е л е в и д н ы е и а н и з о м е т р и ч н ы е п о р ы, ш и р и н а п е р в ы х с о с т а в л я е т не более 0,3 м к м, а у в т о р ы х д о с т и г а е т 1 м к м.

М е ж м и к р о а г р е г а т н ы е п о р ы в о з н и к а ю т м е ж д у мик­ роагрегатами и характеризуются большим разнообразием разме­ ров и ф о р м ы (см. рис. 1.2, в ). М о р ф о л о г и я этих пор во многом з а в и с и т от степени л и т и ф и к а ц и и глинистых пород. Д л я м о л о д ы х слаболитифицированных осадков характерны открытые меж­ м и к р о а г р е г а т н ы е м и к р о п о р ы д и а м е т р о м до 15 м к м. У г л и н и с т ы х пород средней степени л и т и ф и к а ц и и п р е о б л а д а ю т и з о м е т р и ч н ы е м е ж м и к р о а г р е г а т н ы е м и к р о п о р ы д и а м е т р о м не более 5 м к м, а у п о р о д высокой степени л и т и ф и к а ц и и — у з к и е щ е л е в и д н ы е м и к р о ­ поры ш и р и н о й до 1,5 м к м.

М е ж а г р е г а т н ы е п о р ы в глинистых п о р о д а х встреча­ ю т с я р е д к о. Они х а р а к т е р н ы д л я н е к о т о р ы х видов э л ю в и а л ь н ы х глин и ш и р о к о р а з в и т ы у л ё с с о в ы х пород (см. рис. 1.2, г). П о р ы обычно изометричные, реже анизометричные, размер изменяется от н е с к о л ь к и х ( м и к р о п о р ы ) д о д е с я т к о в м и к р о м е т р о в.

М е ж з е р н и с т ы е п о р ы в с т р е ч а ю т с я в г л и н и с т ы х поро­ д а х с высоким с о д е р ж а н и е м п е с ч а н ы х и п ы л е в а т ы х з е р е н. Воз­ н и к а ю щ и е м е ж д у з е р н а м и и з о м е т р и ч н ы е и а н и з о м е т р и ч н ы е мик­ ропоры имеют р а з м е р ы от н е с к о л ь к и х до д е с я т к о в м и к р о м е т р о в (см. рис. 1.2, д).

П р и о п р е д е л е н н о м сочетании глинистого м а т е р и а л а и о б л о ­ мочных зерен в г л и н и с т ы х п о р о д а х о б р а з у ю т с я м и к р о п о р ы бо­ л е е с л о ж н о г о с т р о е н и я — м е ж м и к р о а г р е г а т н о - з е р н и с т ы е (см. рис. 1.2, е), п р е и м у щ е с т в е н н о и з о м е т р и ч н ы е и а н и з о ­ м е т р и ч н ы е с р а з м е р а м и от н е с к о л ь к и х до 20 м к м.

В глинистых породах, с о д е р ж а щ и х карбонатные обломочные з е р н а, а т а к ж е в к л ю ч е н и я м и к р о ф л о р ы и м и к р о ф а у н ы, встреча­ ются в н у т р и з е р н и с т ы е п о р ы и п о р ы биогенного п р о и с х о ж д е н и я. П е р в ы е имеют и з о м е т р и ч н у ю ф о р м у с ди­ а м е т р о м д о н е с к о л ь к и х м и к р о м е т р о в и о б р а з у ю т с я ч а щ е всего в зернах карбонатного состава в результате выветривания. Поры биогенного п р о и с х о ж д е н и я обычно имеют о к р у г л у ю ф о р м у и р а з м е р ы от д о л е й до д е с я т к о в м и к р о м е т р о в [ 6 ].

1.3. ОРИЕНТАЦИЯ СТРУКТУРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Р а з м е р и ф о р м а т в е р д ы х с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в и пор во многом о п р е д е л я ю т м о р ф о м е т р и ч е с к и е особенности с т р у к т у р ы, а их о р и е н т а ц и я в п р о с т р а н с т в е — ее г е о м е т р и ч е с к и е п р и з н а к и или текстуру.

П р и изучении г л и н и с т ы х п о р о д на м и к р о у р о в н е их т е к с т у р а х а р а к т е р и з у е т с я у п о р я д о ч е н н ы м состоянием частиц, м и к р о а г р е ­ г а т о в, зерен и пор, и м е ю щ и х а н и з о м е т р и ч н у ю ф о р м у. П р и э т о м не и с к л ю ч а е т с я, что э ф ф е к т п р о с т р а н с т в е н н о й о р и е н т а ц и и мо­ ж е т с о з д а в а т ь с я и з а счет р а с п о л о ж е н и я в одной плоскости изо м е т р и ч н ы х м и к р о п о р, частиц, м и к р о а г р е г а т о в и о б р а з о в а н и я микрослоистой текстуры.

Д л я количественной оценки г е о м е т р и ч е с к и х п р и з н а к о в струк­ т у р ы и з у ч а ю т н а п р а в л е н и е п р е и м у щ е с т в е н н о й о р и е н т а ц и и струк­ т у р н ы х э л е м е н т о в и степень их о р и е н т а ц и и. В о б щ е м с л у ч а е д л я т р е х м е р н о г о п р о с т р а н с т в а н а п р а в л е н и е плоскости п р е и м у щ е с т ­ венной о р и е н т а ц и и с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в в п о р о д е з а д а е т с я т р е м я у г л а м и Q, Qy, Bz, о п р е д е л я е м ы м и п о л о ж е н и е м н о р м а л е й x к п л о с к о с т я м ч а с т и ц (или у л ь т р а м и к р о а г р е г а т о в ) и н а п р а в л е н и ­ ем к о о р д и н а т н ы х осей X, Y, Z [ 2 0 ]. П р и и с с л е д о в а н и и п л о с к о г о и з о б р а ж е н и я с т р у к т у р ы ( ш л и ф а, а н ш л и ф а ) н а п р а в л е н и е пре­ и м у щ е с т в е н н о й о р и е н т а ц и и х а р а к т е р и з у е т с я л и ш ь одним у г л о м 0 к направлению напластования.

Степень, или п о к а з а т е л ь, о р и е н т а ц и и х а р а к т е р и з у е т у п о р я д о ­ ченность с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в в п л о с к о с т и о р и е н т а ц и и и оце­ н и в а е т с я по о т н о ш е н и ю числа с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в, л е ж а щ и х в плоскости (или н а п р а в л е н и и ) о р и е н т а ц и и, к о б щ е м у числу а н а л и з и р у е м ы х ч а с т и ц и а г р е г а т о в или пор.

С у щ е с т в у ю щ и е методы количественной оценки п о к а з а т е л е й т е к с т у р ы г л и н и с т ы х пород м о ж н о р а з д е л и т ь на методы, п о з в о л я ­ ю щ и е о п р е д е л я т ь т е к с т у р у в о б ъ е м е и в плоскости [ 2 0 ]. К пер­ вым о т н о с я т с я м е т о д ы м а г н и т н о й а н и з о т р о п и и и рентгеновский [20, 2 9 ], ко в т о р ы м — п р я м ы е м е т о д ы непосредственного изуче­ ния о р и е н т а ц и и с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в в ш л и ф а х, с к о л а х, реп­ л и к а х или у л ь т р а т о н к и х с р е з а х с п о м о щ ь ю оптических и э л е к т ­ ронных м и к р о с к о п о в. О д н и м из н а и б о л е е р а с п р о с т р а н е н н ы х д о п о с л е д н е г о в р е м е н и был метод изучения т е к с т у р ы в ш л и ф е под оптическим м и к р о с к о п о м. М е т о д п о з в о л я е т о п р е д е л и т ь з н а ч е н и е у г л а о р и е н т а ц и и 9 т в е р д ы х с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в, а по про­ с в е т л е н и ю или п о г а с а н и ю ш л и ф а, и з у ч а е м о г о в п о л я р и з о в а н н о м свете в с к р е щ е н н ы х н и к о л я х, — к о э ф ф и ц и е н т их о р и е н т а ц и и.

Значительно большими возможностями отличаются методы к о л и ч е с т в е н н о г о а н а л и з а т е к с т у р ы, о с н о в а н н ы е на п р и м е н е н и и р а с т р о в ы х э л е к т р о н н ы х м и к р о с к о п о в в сочетании с Э В М. С р е д и них следует о т м е т и т ь метод оптической д и ф р а к ц и и, ф о т о г р а м ­ метрический, метод д л и н и числа хорд, г р а д и е н т а интенсивности с и г н а л а. В а ж н о, что все они п о з в о л я ю т о ц е н и в а т ь о р и е н т а ц и ю к а к т в е р д ы х э л е м е н т о в с т р у к т у р ы, т а к и пор.

О д н и м из н а и б о л е е п е р с п е к т и в н ы х методов оценки т е к с т у р ы по п о л у т о н о в ы м и з о б р а ж е н и я м, п о л у ч е н н ы м в р а с т р о в о м э л е к т ­ ронном м и к р о с к о п е, я в л я е т с я м е т о д г р а д и е н т а интенсивности с и г н а л а [20, 4 7 ], к о т о р ы й будет п о д р о б н о р а с с м о т р е н в гл. 4, 1.4. В З А И М О Д Е Й С Т В И Е Т В Е Р Д Ы Х СТРУКТУРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ. ЭНЕРГИЯ СТРУКТУРЫ Структурные элементы, слагающие глинистые породы, взаи­ модействуют м е ж д у собой не по всей м е ж ф а з н о й поверхности, а т о л ь к о в местах их н а и б о л ь ш е г о с б л и ж е н и я — к о н т а к т а х. Ч и с л о и х а р а к т е р к о н т а к т о в — одна из в а ж н е й ш и х с т р у к т у р н ы х х а р а к ­ т е р и с т и к пород, о б у с л о в л и в а ю щ и х их с т р у к т у р н у ю с в я з н о с т ь.

Контакты между структурными элементами можно подразде­ л и т ь по их геометрии ( в з а и м н о м у р а с п о л о ж е н и ю к о н т а к т и р у ю ­ щих э л е м е н т о в в п р о с т р а н с т в е ) и ф и з и ч е с к о й п р и р о д е, т. е. х а ­ р а к т е р у д е й с т в у ю щ и х сил [ 2 1 ]. П о г е о м е т р и ч е с к о м у п р и з н а к у в ы д е л я ю т три т и п а к о н т а к т о в : б а з и с — б а з и с, б а з и с — с к о л и скол—скол.

К о н т а к т ы т и п а б а з и с — б а з и с в о з н и к а ю т в тех слу­ ч а я х, когда п л о с к и е ( б а з и с н ы е ) поверхности п л а с т и н ч а т ы х или листообразных структурных элементов расположены параллель­ но (рис. 1.3, а). П р и с б л и ж е н и и т а к и х с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в на Рис. 1.3. Геометрические типы кон­ тактов между твердыми структурны­ ми элементами глинистых пород р а с с т о я н и е, и з м е р я е м о е д е с я т к а м и н а н о м е т р о в, м е ж д у ними в о з ­ н и к а е т з н а ч и т е л ь н ы й по п л о щ а д и к о н т а к т, с п о с о б с т в у ю щ и й сни­ ж е н и ю п о в е р х н о с т н о й э н е р г и и системы и п е р е х о д у ее в б о л е е с т а б и л ь н о е состояние. К о н т а к т ы этого т и п а могут в о з н и к а т ь м е ж д у о т д е л ь н ы м и г л и н и с т ы м и ч а с т и ц а м и, их у л ь т р а м и к р о а г р е г а т а м и и м и к р о а г р е г а т а м и при п р о ц е с с а х к о а г у л я ц и и на с т а д и и с е д и м е н т о г е н е з а, а т а к ж е при д и а г е н е з е и к а т а г е н е з е п о р о д в р е ­ зультате уплотнения глинистых осадков.

К о н т а к т ы т и п а б а з и с — с к о л в о з н и к а ю т при в з а и ­ модействии между базисной поверхностью одного и боковым сколом д р у г о г о с т р у к т у р н о г о э л е м е н т а (см. рис. 1.3, б). О б р а з о ­ вание таких контактов обусловливается меньшей гидратацией б о к о в ы х с к о л о в ч а с т и ц по с р а в н е н и ю с б а з и с н ы м и п о в е р х н о с т я ­ ми, что п р и в о д и т к ф и к с а ц и и с т р у к т у р н ы х э л е м е н т о в под н е к о горым углом относительно д р у г д р у г а. В кислой среде этому спо­ собствует н а л и ч и е р а з н о и м е н н ы х э л е к т р о с т а т и ч е с к и х з а р я д о в на боковых с к о л а х и б а з и с н ы х поверхностях глинистых частиц.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
 

Похожие работы:







Загрузка...
 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.