Химический состав карбонатных пород. Карбонатные породы, разновидности и применение карбонатных пород в производстве цемента
Карбонатные породы широко распространены в осадочной оболочке, слагая толщи мощностью сотни и тысячи метров. К этой группе принадлежат породы, в которых карбонатная фракция преобладает над некарбонатными компонентами.
Главнейшие породообразующие компоненты пород – карбонатные минералы, в первую очередь – кальцит, доломит, примеси обломочного и глинистого материала. В зависимости от соотношения этих основных составляющих карбонатные породы делятся на:
- Известково-доломитовую группу.
- Терригенно-карбонатную группу.
- Карбонатно-глинистую группу.
Известково-доломитовая группа включает в качестве ведущих породообразующих минералов кальцит и доломит. Порода, содержащая 50% и более кальцита, называется известняком, 50% и более доломита – доломитом. Наиболее чистые разности известняков содержат от 95 до 100% кальцита. Таковыми же будут содержания доломита CaMg(CO 3) 2 в чистых доломитах. Васе остальные разности известково-доломитовой группы являются породами смешанного состава.
Таблица 1 – Классификация известково-доломитовых пород (по С. Г. Вишнякову)
Терригенно-карбонатная группа
Группа терригенно-карбонатных пород представляет относительно разнородное сообщество, включающее доломит, известняк с преобладанием доломита или кальцита с обязательной примесью терригенной составляющей различной размерности, а также известняки и доломиты глинистые, алевритовые, песчаные, гравийные, галечниковые. Выделяемые некоторыми литологами карбонатно-терригенные породы с содержанием карбонатов менее 50% строго к карбонатным породам не относятся. Это обломочные породы, сцементированные карбонатным материалом.
Как и кластические обломки, в составе карбонатов часто отмечается примесь глинистого вещества. Ряд карбонатных пород, известняков и доломитов, включающих глинистый материал, завершается мергелем с содержанием глинистой компоненты 25-50%.
Таблица 2 – Классификация терригенно-карбонатных пород (по И. В. Хворовой)
При катагенезе карбонатные породы могут быть подвергнуты выщелачиванию, перекристаллизации с появлением таких текстурных особенностей как фунтиковая текстура, стилолитовые швы, вторичная пористость. Вторичная пористость связана по Э. Ф. Емлину с селективным растворением компонентов карбонатной породы, с доломитизацией (образование пор за счет уменьшения объема), с разложением организмов, имеющих внешний скелет (криноидеи, кораллы и др.).
Пористость карбонатных, карбонатно-терригенных накоплений, лежащая в основе образования пластов-коллекторов, играет важную роль в геологии нефти и газа.
Основные обстановки карбонатного осадконакопления – морские, в которых накапливаются мелководные и глубоководные карбонатные илы, шельфовые, где формируются фораминиферовые, оолитовые известняки, ракушечники, пеллетовые пески, рифовые, банково-рифовые образования.
Карбонатно-глинистая группа
Таблица 3 – Классификация карбонатно-глинистых пород (по С. Г. Вишнякову)
| Содержание глинистого материала, % | Известковый ряд | Доломитовый ряд |
||
| CaMg(CO 3) 2 | ||||
| Известняк | Доломит | |||
| Известняк глинистый | Доломит глинистый | |||
| Мергель | Мергель доломитистый | |||
| Мергель глинистый | Мергель глинистый, доломитовый | |||
Наиболее типичными представителями карбонатных пород являются образования известково-доломитовой группы: известняки и доломиты.
Известняки
Известняки – карбонатные породы, состоящие на 50% и более из кальцита и арагонита. Есть две основные формы нахождения кальцита, позволяющие определить происхождение породы. Это хемогенный кристаллически-зернистый кальцит и кальцит, образующий скелетные части организмов, микроводорослевые структуры, оолиты, пеллеты, комки и сгустки.
Скелетные части организмов обычно представлены обломками раковин, ядрами различных организмов, растительными остатками, их обрывками. К настоящему времени установлены многие тысячи видов организмов, захороненных и сохранившихся в карбонатных породах. Они обладают определенной формой, особенностями морфологии и строения кальцитовой массы скелетных остатков. Наиболее распространенные группы организмов, замещающиеся карбонатами, представлены следующими формами:
- животные организмы: фораминиферы (фузулиниды, милиолиды, глобигерины и др.), коралловые полипы, строматопоры, мшанки, иглокожие, морские ежи, брахиоподы и моллюски (пелециподы, гастроподы и др.), остракоды и пр.;
- растительные организмы: кокколитофориды (планктонные одноклеточные водоросли), микроскопические сине-зеленые водоросли (цианофиты), зеленые, красные и др.
Механизм и условия образования известняков, их генетические особенности определяют выделение двух основных типов: биогенного и хемогенного. В качестве промежуточного выделяют хемогенно-биогенный тип.
Биогенные известняки
Биогенные известняки состоят преимущественно из скелетных частей организмов или биогенного водорослевого кальцита с биоморфными (цельно-раковинными) и органогенно-детритовыми структурами. Значительную часть биогенного детрита образуют обломки раковин брахиопод и пелеципод, состоящие из кальцита грубоволокнистого строения, арагонита микрокристаллического, пелитоморфного, гастропод, фораминифер с микрокристаллической и тонковолокнистой структурой стенок раковин. Животные организмы извлекают известь CaCO 3 для строения раковин из морской воды. Отмирая, раковины погружаются на дно, образуя детритовый и илоподобный осадок, превращающийся при диагенезе в известняки-ракушечники с характерными биморфными, или органогенно-детритовыми структурами.
Детритовые известняки делятся на зоодетритовые и фитодетритовые. Зоодетритовые содержат в качестве основного компонента – обломки скелетных частей беспозвоночных – створок тонко- и толстостенных брахиопод, остракод, губок, мшанок, раковины фораминифер, членики, реже чашечки криноидей. Среди них выделены такие разновидности как полидетритовые (из остатков разных видов организмов), криноидные, криноидно-брахиоподные, спикуловые и др. Многими разновидностями представлены фитодетритовые известняки, в основном, в зависимости от родового состава водорослей. Это доницелловые, микрофитоллитовые, фурусталатовые и иные разновидности. В оолитовых известняках рифовых и биогермных образований ядрами оолитов служат фораминиферы, членики криноидей, обрывки водорослей.
Детритовый известняк-ракушечник
Известняки, состоящие из частей известкового скелета морских лилий (криноидеи), называются криноидными и включают круглые членики их стебельков. Значительные по мощности и площадному развитию пласты органогенных известняков – строматолитов слагают продукты жизнедеятельности сине-зеленых водорослей. Растительные организмы – водоросли, покрытые кальцитовыми пластинками (кокколитофориды) и водоросли, не обладающие кальцитовым скелетом, поглощает углекислоту из воды. В результате их жизнедеятельности биохемогенным путем образуются неясноволнисто-слоистые образования (строматолиты).
Криноидный известняк
Своеобразной формой залегания биогенных известняков, образующих органогенные постройки, являются ископаемые рифы. Это прочные каркасные образования, сложенные скелетными остатками организмов, часто живущих колониями – кораллы, губки, строматопоры, мшанки, серпулы, пелециподы, и многие другие (фораминиферы, брахиоподы). Прочность рифовой постройке придают обволакивающие ее водоросли. Могут подниматься над водой, образуя рифовые острова, вытягиваться на сотни километров. Мощность рифовых образований иногда достигает 1000 м и более.
Рифовые гряды по краю островной или береговой отмели называются барьерными рифами. В Тихом океане барьерный риф протягивается вдоль восточных берегов Австралии на 1900 км. Вытянутые вдоль берега барьерные рифовые постройки обозначаются как береговые рифы. Кольцеобразные рифовые образования с мелкой лагуной в центральной части известны в литературе под названием атоллы. Предпосылки для быстрого развития рифовых образований имеются лишь в тропических и субтропических областях. Именно в тропических морях вода пересыщена углекислым кальцием и существует богатая фауна организмов с известковым скелетом. Эти условия весьма благоприятны для быстрой биохимической фиксации углекислого кальция вне зависимости от биологического вида, формирующего рифы и биогермы. Необходимо иметь в виду, что рифоподобные банки известны на глубине и в очень холодных морях северной части Атлантического океана.
Для рифовых построек характерны биогермные известняки, слагающие образования разнообразной формы – от линзовидных до штокоподобных. Основные биогермообразователи – сине-зеленые и зеленые водоросли. Встречаются и строматолитовые разности биогермных известняков. Многочисленные, тесно сплетенные нити водорослей, слагают основную массу. Промежутки заполняются микро-, мелкозернистым кальцитом.
Известковые породы могут возникнуть на суше. Это известковые туфы, травертины – натечные и корковые образования подземных источников, разгружающихся на поверхности. К этой же категории принадлежат натечные формы известняков – сталактиты и сталагмиты, формирующиеся в пещерах. Известковый туф это обычно пористая ноздреватая масса рыхлая, иногда плотная, кристаллического строения, часто с отпечатками и остатками листьев растений. Сталактиты и сталагмиты в поперечном сечении обычно имеют концентрически-зональное сложение. В условиях поверхности в засушливых климатических зонах за счет капиллярного поднятия и испарения влаги формируются приповерхностные скопления карбонатного материала – калькреты, панцири.
Карбонатные илы быстро затвердевают, литифицируются и подвергаясь разрушению под действием волн образуют обломки, называемые интракластами. Последние цементируются продолжающим осаждаться карбонатным материалом, либо механически переносятся, сортируются как обычный обломочный материал. После осаждения они подвергаются уплотнению, цементации, образуя известняки с кристаллически-зернистой связующей массой. Часто в таких известняках отмечаются комочки микрозернистого ила (пеллеты), терригенные обломки, ооиды – обломки раковин, зерна с оболочкой, оболочками хемогенного карбоната.
Хемогенные известняки
Хемогенные известняки образуются при осаждении кальцита из пересыщенных карбонатом кальция растворов вод морей, океанов, в водоемах суши с аридным климатом. За счет хемогенного кальцита возникли пелитоморфные, некоторые оолитовые, кристаллически-зернистые известняки и карбонатные конкреции, стяжения при перераспределении карбонатного материала в терригенных осадках в ходе диагенеза. Чистые известняки белые, но за счет примесей других веществ могут приобретать различные окраски: желтоватые, буроватые (примесь оксидов железа), серую до черной (присутствие органического вещества), зеленоватую (за счет некоторых силикатов).
Доломиты
Доломит, Прилеп, Македония
Доломиты сложены в основном (на 50% и более) одноименным минералом. Часто отмечается примесь аутигенных кальцита, гипса, ангидрита, кремнезема, окислов железа, глинистого вещества, отмечаются целестин, флюорит, соли, тонкорассеянное органическое вещество, пирит или марказит, терригенные обломки. Органические остатки в доломитах редки и плохой сохранности. Обычно это ядра, реже отпечатки. По внешнему виду мало отличаются от известняков, что обуславливают необходимость их испытания слабым (2-5%) раствором соляной кислоты. Цвет доломитов белый, желтовато-белый, красноватый, желтый, зеленоватый, серый до черного (присутствие органического вещества). Битуминозные доломиты окрашены в коричневый цвет. Как правило, образует зернистые массы различной размерности от микрозернистых до крупнозернистых, могут быть кавернозными за счет пустот (каверн) выщелачивания. Органогенные биоморфные структуры встречаются редко.
Доломиты – обычная составная часть карбонатных и фоленосно-гипсоносных толщ. По генезису они подразделяются на первично-осадочные, сингенетические и диагенетические, и вторичные или эпигенетические.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Карбонатные породы
К карбонатным породам относятся породы, которые на 50% и более сложены карбонатными минералами: кальцитом - CaCO3 , арагонитом - CaCO3, доломитом - Ca,Mg(CO3)2, реже сидеритом - FeCO3 и анкеритом Ca(Fe, Mg)2.
Поскольку кальцит и доломит слагают мощные пласты и толщи известняков и доломитов, а анкерит и сидерит встречаются в осадочных породах в качестве включений, конкреций, в рассеянном виде, поэтому чаще рассматривают лишь известково-магнезиальные карбонатные породы.
По минералогическому составу известково-магнезиальные карбонатные породы подразделяются на известняки и доломиты. Эти породы часто содержат глинистую, алевритовую и песчаную примесь. Кроме того, встречаются карбонатные породы смешанного состава.
Известняки
Известняками называются карбонатные породы, которые на 50% и более сложены минералом кальцитом.
Выделяются 4 структурные, и по существу - это структурно-генетические группы карбонатных пород (М.С.Швецов,1958):
1) органогенные
2) зернистые
3) обломочные
4) значительно измененные
В пределах групп по форме, размеру и соотношению структурных элементов (раковин, кристаллов, обломков и т.д.) выделяют типы пород.
Структурно-генетическая классификация известняков
I группа Органогенные
А. Биоморфные
1. Биогермные (рифовые)
а) коралловые
б) мшанковые
в) водорослевые (строматолитовые, онколитовые)
2. Цельнораковинные
а) крупнораковинные (ракушняки):
1. брахиоподовые
2. пелециподовые
3. гастроподовые
4.цефалоподовые и др.
б) мелкораковинные:
1.фораминиферовые (фузулиновые, глобигериновые, нуммулитовые и др.)
2. остракодовые
3.кокколитовые
Б. Детритовые (органогенно-обломочные):
1. брахиоподовые
2. пелециподовые
3. мшанковые
4. криноидные
5. кокколитовые
6. полидетритовые
II группа Зернистые (хемогенные):
1. микрозернистые, мелкозернистые, среднезернистые, крупнозернистые
2. оолитовые и пизолитовые
III группа Обломочные (различной крупности и окатанности)
IV группа Измененные:
1. перекристаллизованные: крупно-, средне,- мелко,- и разнозернистые
2. гранулированные: часть комковатых и псевдооолитовых
3. копрогенные: часть псевдооолитовых и комковатых
4. замещения
Органогенные породы (почти исключительно известняки) по скелетным остаткам организмов подразделяют на биоморфные - биогермные и цельнораковинные и детритовые.
Биогермные известняки включают коралловые, мшанковые, водорослевые известняки. Они отличаются линзовидной, даже столбчатой формой залежи, неровной слоистостью или ее отсутствием, обычно спорами. Для биогермов характерно обилие прикрепляющихся организмов, образующих крупные скопления. Здесь также встречаются раковины и других организмов - целые и детрит.
Представителями органогенных известняков являются рифовые биогермные известняки, состоящие из остатков колониальных или прирастающих организмов. Биогенные известняки слагают разнообразные тела или пласты. Они являются основой ископаемых рифов - органогенных построек, достигавших уровня моря, являющихся волнорезами. Рифы образуются различными организмами.
Характерной особенностью рифовых известняков является залегание их в виде мощных и неправильных по форме массивов, резко возвышающихся над осадками, образовавшимися одновременно с ними. К рифам под углами 30-50о прилегают обломочные известняки, образовавшиеся за счет разрушения рифов. Мощность рифов около 1000 м и более.
Особенностью биогермных известняков является: 1) их образование за счет специфических групп организмов;
2) массивное строение;
3) биогермные текстуры;
4) отсутствие примеси обломочного материала;
5)обилие каверн, заполненных сингенетическими и эпигенетическими карбонатами;
6) инкрустационные структуры.
Известняки цельнораковинные состоят из целых раковин. В свою очередь они разделяются на ракушечники, состоящие из крупных раковин (обычно пелециподовые, гастроподовые, брахиоподовые) и породы, состоящие из мелких и мельчайших раковин остракод, кокколитофорид, фораминифер (фузулины, глобигерины, нуммулиты).
Детритовые или детритусовые (органогенно-обломочные), известняки состоят из обломков скелетных остатков организмов в отличие от обломочных известняков, они (то есть обломки раковин) не окатаны. Различаются известняки по систематической принадлежности органических остатков и бывают как однородными по составу - монодетритовыми (пелециподовыми, фораминиферовыми, криноидными, водорослевыми), а также смешанными - полидетритовыми (криноидно - брахиоподовыми, брахиоподово-криноидными и др.).
Детритовые известняки классифицируют по размеру обломков и выделяют:
Грубодетритовые (обломки крупнее 1 мм)
крупнодетритовые (1-0,5 мм)
среднедетритовые (0,5-0,25 мм)
мелкодетритовые (0,25-0,1 мм)
и тонкодетритовые или шламовые (< 0,1 мм)
Зернистые представляют собой продукт химической садки, происходящий в иловых водах. Они отличаются однородностью и плотностью. Сюда относятся известняки разнозернистые, оолитовые, пизолитовые, псевдооолитовые.
Среди зернистых известняков выделяются:
1) крупнозернистые (зерна крупнее 0,5 мм)
2) среднезернистые (0,1 - 0,5 мм)
3) мелкозернистые (0,1-0,01 мм)
4) микрозернистые (0,01-0,0001 мм)
5) коллоиднозернистые (зерна меньше разрешающей силы микроскопа, т.е. примерно < 0,0001 мм).
К этой группе относятся известковые туфы, являющие континентальными образованиями. Они образуются на суше у выхода ключей в результате поглощения СО2 растениями, что и вызывает выпадение кальцита, чаще всего на листьях и стеблях растений. Поэтому эти отложения пористые и имеют своеобразные узоры.
Когда подобные известняки (зернистые) образуются без участия растений, они имеют микрослоистую текстуру, удлиненно - зернистую структуру. К таким типам известняков относятся сталактиты, сталагмиты, травертины, эту группу пород называют известковые натеки.
Оолитовые известняки, реже доломиты являются химическими осадками теплых подвижных вод, где кальцит или доломит отлагается тонкими (до сотых долей мм) концентрическими оболочками вокруг зародышевого зерна, которыми могут быть песчинки, обломки раковины, сгустки известкового ила. Оолиты имеют овальную или шарообразную форму, размер их, как правило, до 2 мм, более крупные оолиты называются пизолитами или бобовинами. В процессе диагенеза оолиты, вследствие перекристаллизации или раскристаллизации, обретают радиально-лучистое (сферолитовое) строение, т.е. их мелко-микрозернистый карбонат переходит в игольчатый.
В случае, грануляции, оолиты теряют концентрическое и радиально-лучистое строение и переходят в псевдооолиты - комочки мелкозернистого карбоната. Они сцементированы крупнозернистым кальцитом с гранобластовой структурой.
Обломочные известняки. Они сложены различной степени окатанности обломками органогенных или зернистых (хемогенных) известняков, среди них выделяются:
1) конгломератовые, брекчиевые (обломки крупнее 1 см)
2) гравийные, дресвяные (обломки 10-1 мм)
3) песчаниковые (обломки 1-0,1 мм)
4) алевролитовые (обломки <0,1мм)
Для них характерна плохая сортировка. По генезесу - это сингенетические породы, т.е. известняки образовались не из терригенного материала, а из известкового осадка или раковин на месте, в волно-прибойной зоне, в этом и состоит их отличие от обломочных пород.
Обломочные известняки связаны постепенным переходом с детритусовыми известняками и, от которых при органогенном характере обломков отличаются окатанностью последних, что свидетельствует о значительном перемывании и обработке движущейся водой известняковых обломков или раковин.
К известнякам измененным относятся известняки различных групп, претерпевшие различные изменения на стадии диагенеза и метагенеза, в результате процессов перекристаллизации, грануляции, замещения, в результате жизнедеятельности организмов.
Перекристаллизация - это процесс, при котором происходит рост более крупных кристаллов, которые являются более устойчивыми в данной среде. Происходит это, как правило, при подкислении среды, повышении температуры и давления; при наличии пор, пустот, зернистых включений (песчано-алевритовый материал), при условиях повышающих подвижность атомов и неоднородности породы. При этом микро-, мелкозернистые известняки становятся средне- и крупнозернистыми, приобретают сахаровидный вид, первичные структуры исчезают и порода обретает реликтовые структуры, которые определяются слабо. Если известняки переходят в мраморы, то первичная структура не устанавливается совсем, иногда развиваются полисинтетические двойники в кальците.
Грануляция является обратным процессом перекристаллизации. При грануляции известняков происходит распадение крупных кристаллов и сферолитовой структуры оолитов, скелетных остатков организмов на мелкие, беспорядочно ориентированные. Известняки с неравномерно кристаллической структурой описывают как псевдооолитовые, которые отличаются от оолитовых отсутствием концентрического строения, или как комковатую или сгустковую породу.
В результате процессов замещения, кальцитизации, доломитизации, раздоломичивания песчаников, алевролитов и других пород образуются новые породы, в них локально сохраняются реликтовые (первичные) структуры. В случае полной переработки исходной породы происходит развитие новых структур и текстур.
Копрогенные известняки распространены достаточно широко и представляют собой скопления (до 1 мм) округлых, удлиненных по форме копролитов, которые состоят из микрозернистого кальцита. Копролиты пропускают через кишечник известковый ил, и в результате этого образуются комочки микрозернистого кальцита.
Встречающиеся сгустковые и комковатые известняки, некоторые ученые считают копрогенными, измененными на различных стадиях.
известняк доломит карбонатный порода
Доломиты
Доломитами называются породы, сложенные более чем на 50% минералом доломитом. В качестве примеси в породе присутствуют кальцит, реже пирит, халцедон, кварц, органическое вещество, ангидрит, глинистые минералы.
Распространены обломочные, водорослевые и хемогенные доломиты. Среди обломочных доломитов различают конгломераты, брекчии, породы со значительно меньшим размером зерен, иногда до размера песчаных (1-0,15 мм). Сложены они окатанными и угловатыми обломками доломита, которые сцементированы доломитовым или кальцитовым цементом. Присутствует примесь терригенного материала.
Обломочные доломиты получили распространение среди доломитовых толщ значительной мощности и образуются в результате перемыва этих толщ в условиях пляжа, на мелководье. Реже брекчии имеют химическое происхождение. Это брекчии выветривания на доломитовых породах.
В доломитах с органогенной структурой присутствуют различные органические остатки, сложенные пелитоморфным, тонкозернистым доломитом и сцементированы пелитоморфным или зернистым доломитом, в цементе нередко присутствует кальцит. Доломиты такого типа образуются при доломитизации известковых осадков или при эпигенетическом замещении известняков на стадиях катагенеза или метагенеза. Иногда в доломитах встречаются остатки брахиопод, мшанок, кораллов.
К органогенным - относятся водорослевые доломиты. Они сложены, в основном, водорослями синезелеными и зелеными, которые концентрируют в своих телах карбонат магния. Цементом в породе является доломит, его обычно очень мало. Биогермные доломиты отличаются высокой пористостью и кавернозностью. Иногда встречаются доломиты с переотложенными водорослями. Они отличаются тонкой горизонтальной слоистостью и большей плотностью.
Хемогенные доломиты сложены пелитоморфным и мелкозернистым доломитом, органические остатки практически отсутствуют, иногда содержат примесь глинистого вещества в виде тонких прослоев гидрослюдистого и монтмориллонитового состава.
Оолитовые доломиты сложены оолитами с радиально-лучистой и концентрическим строением, сцементированы они пелитоморфным и зернистым доломитом, редко содержат остатки морской фауны - криноидеи, моллюски.
Карбонатные породы смешанного состава
К карбонатным породам смешанного типа относятся:
доломитовые известняки (25-50% доломита), известковые доломиты (более 50% доломита), кремнистые известняки и доломиты, углистые известняки, глинистые известняки-мергели.
Кремнистые известняки содержат до 25% кремнезема, силицитовые - до50% (Байков и др., 1980) . Породы характеризуются высокой прочностью, в них отчетливо видны выделения кремнезема. При содержании кремнезема более чем 50 % породы будут называться силицитами.
Углистые известняки содержат до 50% углистого материала, встречаются среди угольных пластов. Обычно породы черные, в них присутствуют отпечатки растений, обугленные растительные остатки, в этом и состоит их отличие от других карбонатных пород.
К этой группе карбонатных пород относятся известковые и доломитовые глины, алевролиты, аргиллиты, песчаники.
Мергели также относятся к породам смешанного состава. Это пелитоморфные, тонкозернистые, мягкие реже твердые породы различных цветов. Состав кальцит (редко доломит) и тонкий глинистый материал, который может присутствовать в значительном количестве (до 50%). Примесь глинистого материала распределена по породе довольно равномерно, нередко в толщах мергелей встречаются тонкие прослои или линзочки глины. В основном, по составу глинистое вещество представлено монтмориллонитом. В породах присутствуют глауконит, пирит, барит, много органического материала, представленного скелетами фораминифер, кокколитофорид и др. Мергели образуют большие по мощности толщи, они чередуются с известняками, доломитами, писчим мелом, иногда с песчано-глинистыми породами.
Происхождение карбонатных пород
Известняки обломочные образуются в результате разрушения и перемыва более древних известняков и механической обработки скелетов известняковых организмов. Раковины и обломки их подвергаются механической обработке в зоне прибоя, волнений, в результате приливно-отливных течений, и в той или иной степени окатываются. Раковины измельчаются и илоедами. Так формируется основная часть мелководных карбонатных осадков современных морей. Когда захороняются обломки поблизости от источников сноса (без механической обработки) образуются брекчии. Известняки, сформированные в результате механической обработки раковин, получили название органогенно-обломочных.
Известняки биогермные - это продукт жизнедеятельности животных и растений. К ним относятся биогермы - прижизненные скопления прикрепленных организмов, находящихся в положении роста, и биоценозы - прижизненные скопления организмов, обитающих вместе на определенном участке дна бассейна.
Хемогенные известняки образуются при седиментогенезе и раннем диагенезе. Хемогенная садка происходит в современных морях и океанах, а также в водоемах суши с аридным климатом. Роль хемогенной садки CaCO3 в геологическом прошлом была более значительной. В результате хемогенной садки образуются пелитоморфные, оолитовые известняки и многочисленные карбонатные конкреции в терригенных породах. Механизм этого процесса сводится к следующему. В водах морей и океанов низких широт в мелководной области, а также в водоемах суши аридной зоны карбонат Ca содержится в количестве, близком к насыщению, или даже насыщает воды. Монокарбонат CaCO3 является практически нерастворимым соединением (растворимость его 0,001 г на 100 г воды). При избытке в воде CO2 он переходит в бикарбонат - Ca(HCO3)2 - соединение высокой растворимости. В природных водах существует подвижное равновесие:
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca (HCO3)2
При выделении избытка CO2 в атмосферу равновесие смещается в сторону образования нерастворимых в воде монокарбонатов. Причиной уменьшения содержания CO2 может быть прогревание воды, деятельность организмов (водорослей), волнение, удаляющее избыток CO2 и поставляющее мельчайшие кристаллики CaCO3 (затравку) при взмучивании ила.
На происхождение доломитов существует несколько точек зрения. В настоящее время считается доказанным существование 3 генетических типов доломитов:
1. Доломиты первичные - седиментационные, образовавшиеся в результате хемогенной садки из вод бассейна. Такой тип доломитов получил широкое распространение в протерозойских и нижнепалеозойских отложениях.
2. Доломиты, которые образовались в период диагенеза при воздействии морских и иловых вод на известковые и известково-доломитовые осадки.
3. Доломиты, сформированные в результате метасоматоза (при катагенезе, метагенезе и гипергенезе) при воздействии вод, обогащенных магнием, на известняковые породы), так называемые эпигенетические доломиты.
Известняки слагают мощные толщи в кембрии Сибири, Урала, Средней Азии; в силуре Санкт-Петербургской области, Прибалтики, Урала, Средней Азии, Предкавказья; в девоне Русской платформы, Урала, Сибири; в карбоне Русской платформы. В триасовых отложениях они встречаются на Кавказе, в Крыму, Средней Азии; в юре они развиты на Кавказе, в Крыму; в меловых отложениях представлены толщами мела и известняков; в третичных отложениях получили широкое распространение на Кавказе, в Закавказье.
Доломиты менее распространены, чем известняки. Они изучены в кембрии Сибири; в силуре - на Сибирской платформе и в Прибалтике; в девоне - Средней Азии; девоне и карбоне на Русской платформе; в перми - на востоке Русской платформы; верхней юре - на Памиро-Алтайской системе; в третичных отложениях - в Таджикистане.
Известняки - одно из важных полезных ископаемых. Их основные потребители - металлургическая и цементная промышленности. Они широко используются в строительной промышленности, химической, стекольной и в сельском хозяйстве. С карбонатными коллекторами связаны большие запасы нефти и газа. С известняками связаны пластообразные залежи барита, магнезита, флюорита, известковистых марганцевых руд, сплошных и вкрапленных антимонитовых руд; пластообразные и жилообразные месторождения сидерита; пластообразные залежи и линзы стронция; урано-ванадиевые и тюямунитовые руды; пласты и залежи неправильной формы вкрапленных руд свинца, цинка, сурьмы, ртути, меди (медь часто с примесью кобальта); неправильные залежи арсенопирита (Справочник по литологии, 1983). В фосфоритоносных и битуминозных известняках, наряду с высоким содержанием фосфора, встречаются повышенные количества стронция, бария, молибдена, урана и др. Древние карсты в карбонатных породах в ряде случаев содержат бокситы, руды никеля, кобальта, меди, железа и марганца, драгоценные камни, фосфориты, каолины, огнеупорные глины, стекольные пески, охры. Среди карбонатных пород в жилах и пустотах встречаются стяжения исландского шпата.
Потребителем доломитов и доломитизированных известняков является черная металлургия, где эти породы используются в качестве огнеупорного материала, флюса и руды на магний. В промышленности строительных материалов доломит идет на производство магнезиального цемента, термоизоляционных материалов, извести, а также на облицовочный материал и строительный камень, высокопрочный цемент и др.
В небольших количествах доломит используется в резиновой, кожевенной и бумажной промышленности, в абразивном производстве, а также в сельском хозяйстве для известкования кислых почв.
Установлено, что в ранней стадии аридного литогенеза доломитообразование сопровождается осаждением меди, свинца и цинка (в равных концентрациях), тогда как для поздней стадии характерна ассоциация доломита с галитом и сульфатами.
Образование некоторых эпигенетических месторождений урана, меди, свинца, цинка, ванадия и других металлов часто сопровождается весьма значительной доломитизацией. Вторичные преобразования карбонатных пород существенно влияют также на пористость и проницаемость пород, вмещающих крупные нефтяные и газовые залежи.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Классификация горных пород по происхождению. Особенности строения и образования магматических, метаморфических и осадочных горных пород. Процесс диагенеза. Осадочная оболочка Земли. Известняки, доломиты и мергели. Текстура обломочных пород. Глины-пелиты.
презентация , добавлен 13.11.2011
Карбонатные породы как коллекторы нефти и газа, их особенности. Доломитизация как один из ведущих факторов формирования. Трещинные и нетрадиционные карбонатные коллекторы. Типы пустотного пространства. Выщелачивание, кальцитизация и сульфатизация.
курсовая работа , добавлен 25.02.2017
Происхождение магматических пород, их классификация по различным признакам и пояснение причин различия текстуры и структуры пород. Общая характеристика главнейших представителей магматических пород: кислые, средние, основные, ультраосновные породы.
реферат , добавлен 20.10.2013
Образование магматических, осадочных и метаморфических горных пород. Основные виды горных пород и их классификация по группам. Отличие горной породы от минерала. Процесс образования глинистых пород. Породы химического происхождения. Порода горного шпата.
презентация , добавлен 10.12.2011
Химический состав и физические свойства сидерита - минерала из группы кальцита; его происхождение, месторождение, особенносты добычи и направления применения. Структура наиболее распространенных известняков - брахиоподовых, фораминиферовых и мела.
реферат , добавлен 01.03.2014
Геолого-промышленная характеристика Чапаевского месторождения известняков. Качественная характеристика полезного ископаемого - карбонатной породы. Охрана недр, окружающей природной среды от вредного влияния горных работ. Направления развития горных работ.
дипломная работа , добавлен 07.09.2012
Процесс формирования осадочной горной породы. Основные формы залегания, дислокации осадочных горных пород, их виды. Обломочные, органогенные, хемогенные породы и породы смешанного происхождения. Разлом, относительно которого произошло смещение слоев.
курсовая работа , добавлен 10.07.2015
Петрография как наука. Магма и происхождение горных пород. Ультраосновные породы нормального ряда. Субщелочные породы, щелочные среднего и основного состава. Гранит, риолит и сиенит. Минеральный состав, текстуры и структуры метаморфических пород.
контрольная работа , добавлен 20.08.2015
Принципы классификации обломочных пород, основные представители осадочных пород. Характеристика свойств грубообломочных пород. Глыбовые, галечные и щебеночные, гравийные и дресвяные породы, специфика классификации песчаных отложений, минеральный состав.
реферат , добавлен 24.08.2015
Общее описание и характерные черты осадочных горных пород, их основные свойства и разновидности. Типы слоистости осадочных горных пород и структура. Содержание и элементы обломочных пород. Характеристика и пути образования химических, органогенных пород.
На Земле существует огромное количество различных горных пород. Некоторые из них обладают схожими признаками, поэтому их объединяют в крупные группы. Например, одна из них - это карбонатные породы. Об их примерах и классификации читайте в статье.
Классификация по происхождению
Карбонатные горные породы формировались разными путями. Всего существует четыре способа образования такого типа пород.
- Из химических осадков. Таким образом появились доломиты и мергели, известняки и сидерит.
- Из органогенных осадков образовались такие породы, как водорослевые и коралловые известняки.
- Из обломков сформировались песчаники и конгломераты.
- Перекристаллизованные породы - это некоторые виды доломитов и мрамора.
Структура карбонатных пород
Одним из важнейших параметров, по которым отбирают необходимые для производства и переработки горные породы, является их структура. Важнейший аспект структуры карбонатных пород - это их зернистость. Этот параметр разделяет породы на несколько типов:
- Грубозернистые.
- Крупнозернистые.
- Среднезернистые.
- Мелкозернистые.
- Тонкозернистые.
Свойства
В связи с тем, что существует большое количество горных пород карбонатного типа, каждая из них обладает своими свойствами, за которые она очень ценится в производстве и промышленности. Какие же физические, а также химические свойства карбонатных пород известны людям?
- Хорошая растворимость в кислотах. Известняки растворяются в холодном состоянии, а магнезит и сидерит - только при подогреве. Однако результат получается сходным.
- Высокая морозостойкость и хорошая огнеупорность - несомненно, важнейшие качества многих карбонатных пород.
Известняковые горные породы
Любая карбонатная порода состоит из минералов кальцита, магнезита, сидерита, доломита, а также разных примесей. Из-за отличий в составе эта большая группа горных пород подразделяется на три более мелкие. Одна из них - известняковые.
Их основная составляющая - кальцит, а в зависимости от примесей они делятся на песчаные, глинистые, кремнистые и другие. Они обладают разными текстурами. Дело в том, что на трещинах их пластов можно разглядеть следы ряби и дождевых капель, кристаллов солей, которые являются растворимыми, а также микроскопические трещины. Известняки могут быть различными по окраске. Доминирующим цветом является бежевый, сероватый или желтоватый, а примеси имеют розовый, зеленоватый или коричневатый оттенок.
Самыми распространенными известняковыми горными породами являются следующие:
- Мел - очень мягкая порода, которая легко растирается. Ее можно сломать руками или же растереть в порошок. Она считается разновидностью сцементированного известняка. Мел - бесценное сырье, используемое при производстве строительного материала цемента.
- Известковые туфы - пористая рыхлая горная порода. Она в достаточной степени легко разрабатывается. Почти такое же значение имеют и ракушечники.
Доломитовые горные породы
Доломитовые - это породы, содержание минерала доломита в которых составляет более 50%. Часто в них содержатся примеси кальцита. Из-за этого можно наблюдать некоторые сходства и различия двух групп горных пород: собственно доломитов и известняка.
Доломиты отличаются от известняка тем, что обладают более выраженным блеском. Они меньше растворяются в кислотах. Даже остатки органики намного реже встречаются в них. Окраска доломитов представлена зеленоватыми, розоватыми, коричневатыми и желтоватыми оттенками.
Какие доломитовые породы распространены больше всего? Это, в первую очередь, бросит - более плотный камень. Кроме того, существует грейнерит нежно-розового цвета, он широко применяется в дизайне интерьера. Теруелит - тоже разновидность доломита. Этот камень примечателен тем, что в природе встречается только в черном цвете, в то время как остальные породы данной группы окрашены в светлые оттенки.
Карбонатно-глинистые породы, или мергели
В состав карбонатных пород этого типа входит много глины, а именно - почти 20 процентов. Сама по себе порода с таким названием обладает смешанным составом. В ее структуре обязательно присутствуют алюмосиликаты (глинистые продукты распада полевого шпата), а также карбонат кальция в любой форме. Карбонатно-глинистые породы являются переходным звеном между известняками и глиной. Мергели могут обладать различной структурой, плотной или твердой, землистой или рыхлой. Чаще всего они залегают в виде нескольких слоев, каждый из которых характеризуется определенным составом.
Высококачественная карбонатная порода этого типа используется при производстве щебня. Мергель, содержащий примеси гипса, не представляет никакой ценности, поэтому данная его разновидность почти не добывается. Если сравнивать этот вид горных пород с другими, то больше всего он похож на сланцы и алевролит.
Известняк
Любая классификация карбонатных пород содержит группу под названием «известняки». Камень, который дал ей название, получил широкое применение в разных областях промышленности. Известняк - самая популярная порода в своей группе. Она обладает рядом положительных качеств, благодаря которым и получила широкое распространение.
Существует известняк разных цветов. Все зависит от того, насколько много в породе содержится окислов железа, ведь именно эти соединения окрашивают известняк во многие тона. Чаще всего это коричневые, желтые и красные оттенки. Известняк - камень достаточно плотный, он залегает под землей в виде огромных слоев. Иногда образуются целые горы, основополагающим компонентом которых является данная горная порода. Разглядеть описанные выше слои можно неподалеку от рек с обрывистыми берегами. Здесь их очень хорошо видно.
Известняк обладает рядом свойств, которые отличают его от других горных пород. Различить их очень легко. Самый простой способ, который можно выполнить в домашних условиях, - это капнуть на него немного уксуса, всего несколько капель. После этого послышатся звуки шипения и начнется выделение газа. У других пород такой реакции на уксусную кислоту нет.
Использование
Каждая карбонатная порода нашла применение в какой-либо области промышленности. Так, известняки наряду с доломитами и магнезитами используются в металлургии в качестве флюсов. Это такие вещества, которые применяются при выплавке металлов из руды. С их помощью снижается температура плавления руд, что помогает легче отделить металлы от пустых пород.
Такая карбонатная порода, как мел, знакома всем учителям и школьникам, ведь с ее помощью пишут на доске. Кроме того, мелом белят стены. Из него также изготавливают порошок для чистки зубов, однако в настоящее время этот заменитель пасты сложно раздобыть.
Известняк применяют для получения соды, азотистых удобрений, а также карбида кальция. Карбонатная порода любого из представленных типов, например, известняк, используется при строительстве жилых, производственных помещений, а также дорог. Он получил широкое распространение в качестве облицовочного материала и заполнителя бетона. Он также применяется для получения с минералами и для насыщения почвы известняком. Из него создают например, щебень и бут. Кроме того, из этой породы производят цемент и известь, которые получили широкое распространение во многих видах промышленности, например, в металлургический и химической.
Коллекторы
Существует такая как коллекторы. Они обладают способностью, которая позволяет им вмещать воду, газ, нефть, а черед какое-то время отдавать их при разработке обратно. Почему так происходит? Дело в том, что ряд горных пород обладает пористой структурой и данное качество очень ценится. Именно благодаря пористости они могут вмещать в себя большое количество нефти и газа.
Карбонатные породы - коллекторы высокого качества. Самыми лучшими в своей группе являются доломиты, известняки, а также мел. 42 процента применяемых коллекторов нефти и 23 процента коллекторов газа - карбонатные. Данные горные породы занимают второе место после терригенных.
Карбонатные породы
(a.
calcareous rocks;
н.
Karbonatgesteine;
ф.
carbonates;
и.
rocas carbonaticas
) - горн. породы, сложенные в осн. Карбонатами природными. К этой группе могут быть отнесены все г. п., состоящие из кальцита, арагонита, доломита, магнезита, сидерита, анкерита, родохрозита, витерита и др. Осн. минералы, слагающие К. п.: , Доломит и в меньшей степени . В К. п. почти всегда присутствуют глинистое и органич. вещество, часто , пирит, кремень и т.д. Осн. масса К. п. образовалась осадочным путём в мор. и озёрных бассейнах. Выделяется 3 гл. генетич. типа К. п.: органогенные, хемогенные и обломочные. К. п. составляют ок. 20% по массе от всех осадочных образований; они известны в отложениях всех возрастов, пластов может достигать неск. сотен м. К. п. весьма разнообразны по веществ. составу, структуре и происхождению, вследствие чего среди них выделяется много типов и разновидностей. Осн. масса К. п. подразделяется в зависимости от содержания в них кальцита и доломита и от соотношения карбонатной и терригенной составляющих на следующие разновидности: (СаСО 3 95-100%, СаМg (СO 3) 2 5-0%); известняк (соответственно 50-95% и 50-5%); известковый (5-50% и 95-50%); доломит (0-5% и 100-95%).
По содержанию СаСО 3 и глины выделяются: известняк (доломит) (95-100% и 5-0%); глинистый известняк (доломит) (75-95% и 25-5%); , доломитовый мергель (25-75% и 75-25%); известковая (доломитовая) (5-25% и 95-75%); Глина (0-5% и 100-95%). Резко отличается по структуре наиболее чистая К. п. - , состоящий в осн. из тончайших частиц размером 1-3 мк (остатки мор. водорослей - кокколитофорид).
К. п. принадлежат к наиболее универсальным видам минерального сырья и применяются во мн. отраслях нар. х-ва. Единых норм и требований к качеству К. п. не существует. Разл. отрасли пром-сти предъявляют свои требования к показателям хим. состава и физико-механич. свойствам. Наиболее крупные потребители К. п.: пром-сть строит. материалов (произ-во цемента, извести, щебня, штучного и облицовочного камня), (флюсовые , огнеупоры) и с. х-во (известкование кислых почв и добавка к корму скота и птицы). Используются К. п. в цветной металлургии, хим., сахарной, целлюлозно-бумажной, электротехн., парфюмерной и др. отраслях нар. х-ва. В СССР учтено (янв. 1983) ок. 1800 (разрабатывается ок. 800) м-ний К. п. с балансовыми запасами, разведанными по пром. категориям, ок. 60 млрд. т (ежегодно добывается ок. 600 млн. т, 1982). Балансом " " учтены запасы К. п. в кол-ве ок. 17 млрд. т; балансом "Доломит для металлургии" - ок. 3,2 млрд. т; балансом "Известняки флюсовые" - 10,2 млрд. т; балансом "Карбонатное сырьё для химии" - ок. 2,7 млрд. т; балансом "Строительные камни" - 6,67 млрд. м 3 ; балансом "Мел" - 1,3 млн. т; балансом "Природные облицовочные камни" - ок. 520 млн. м 3 ; балансом "Камни пильные" - 2,4 млрд. м 3 ; балансом " " - ок. 1 млрд. т.
Литература
: Швецов М. С., 3 изд., М., 1958; Викторов А. М., Строительная , М., 1968; Карбонатные породы, пер. с англ., т. 1-2, М., 1970-71 (Науки о Земле, т. 28, 30).
Ю. С. Микоша.
Горная энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . Под редакцией Е. А. Козловского . 1984-1991 .
Смотреть что такое "Карбонатные породы" в других словарях:
Горные породы, состоящие из карбонатов кальция, магния, железа. Различают осадочные карбонатные породы (известняк, доломит, мергель, мел и др.), метаморфогенные (мрамор) и магматогенные (карбонатит) … Большой Энциклопедический словарь
Горные породы, состоящие из карбонатов кальция, магния, железа. Различают осадочные карбонатные породы (известняк, доломит, мергель, мел и др.), метаморфогенные (мрамор) и магматогенные (карбонатит). * * * КАРБОНАТНЫЕ ПОРОДЫ КАРБОНАТНЫЕ ПОРОДЫ,… … Энциклопедический словарь
Горн. породы, со стоящие из карбонатов кальция, магния, железа. Различают осадочные К. п. (известняк, доломит, мергель, мел и др.), метаморфогенные (мрамор) и магматогенные (карбонатит) … Естествознание. Энциклопедический словарь
Карбонатные породы - carbonate strata Осадочные породы, состоящие из углекислых солей извести, магнезии и закиси железа. Наиболее распространены известняки, доломиты и переходные между ними разности; кроме того, в виде прослоев, линз и конкреций сидерита… …
Породы карбонатные - – горные породы, состоящие из минералов кальцита (см. Известняк), доломита, магнезита, сидерита и различных примесей. По составу карбонатные породы разделяются на три группы: известняковые, доломитовые и карбонатно глинистые. По… …
Породы горные карбонатные - – осадочные твердые породы (углекислые соли, извести, магнезии, закиси железа), образующие вместе или в отдельности большие массы осадочных (известняки, доломиты, мергели и др.) или метаморфических (мрамор и др.) пород и состоящие более чем … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Породы карбонатные - - сочетания разных по составу и свойствам минералов, в состав которых входят карбонаты кальция, магния железа. В основном породы этого класса образовывались из остатков животного мира, осевших на дне водоёмов, а также из химических осадков… … Нефтегазовая микроэнциклопедия
Горные породы природная совокупность минералов более или менее постоянного минералогического состава, образующая самостоятельное тело в земной коре. Земля состоит из горных пород. Считается, что термин «горная порода» в современном смысле… … Википедия
Породы карбонатные - П., содержащие углекислые соли Ca и Мg(мел, известняки, мергели, доломиты, лёссы, карбонатные морены и др.) … Толковый словарь по почвоведению
Породы, возникшие путём осаждения вещества в водной среде, реже из воздуха и в результате деятельности ледников. Осаждение происходит механическим, химическим и биогенным путём. Осадочные горные породы разделяются на обломочные, химические и… … Энциклопедический словарь
Промышленность использует различные карбонатные породы: осадочные известняки и их разновидность-мел, доломиты и их разновидность - доломитовую муку, мергели, гидротермальные травертины, карбонатные породы карбонатитовых комплексов, известковые туфы. Существует ряд классификаций карбонатных пород, в том числе кальциевых их разностей.
В промышленности используется и такое образование карбонатного состава, как «ракушка», представленное еще не литифицированным осадком, состоящим из раковин и их обломков (иелеципод и других организмов).
Между известняками, сложенными преимущественно кальцитом, и доломитами, состоящими в основном из доломита, существует ряд смешанных карбонатных пород. Границы между различными разновидностями этого ряда не общепризнаны. Согласно предложению С. С. Виноградова, границей между известняками и слабодоломитизированными известняками следует считать породу, содержащую 1,2% МgО, а если в ней MgO от 4 до 10%, то ее относят к доломитовым известнякам, в многодоломитовом известняке MgO 10-17%, в сильномергелистом доломите 19,67-21,42%, в чистом доломите 21,86-21,42%.
Существует ряд переходных разностей между карбонатными породами различной магнезиальности и (магнезиальные мергели, мергелистые доломитовые известняки и др.).
Состав карбонатных пород играет большую роль в их оценке. Для большинства отраслей промышленности наиболее благоприятен однородный состав. Неоднородность состава вызывает непостоянство физико-механических свойств. Прослои, особенно тонкие, глинистых и песчано-глинистых пород, карстовые полости, заполненные обломочным материалом, наличие желваков кремня и другие неоднородности осложняют технологический процесс переработки сырья.
В качестве отрицательного явления следует отметить присутствие выделений сульфидов (пирита, марказита и др.), зерен полевых шпатов, слюд, глауконита, а в большинстве случаев и фосфата. Для некоторых отраслей промышленности (стекольной, производство белого цемента и др.) повышенное содержание считается вредным, В промышленности карбонатные породы используются благодаря особенностям их состава и ряду свойств. К этим свойствам относятся механическая прочность, белизна, способность образовывать при помоле определенной формы частицы, декоративность, диэлектрические особенности, объемная масса, твердость (небольшая твердость обусловливает способность к распиловке и невысокую абразивность, но повышенную истираемость), пористость, огнеупорность и др.
Карбонатные породы в процессе использования подвергают механической обработке (дроблению, измельчению, распиловке и пр.), более глубокой термической, химической и др. Прочность карбонатных пород на сжатие в воздушно-сухом состоянии колеблется от 30-80 МПа у известняков-ракушечников, до 40-140 МПа и реже более 200 МПа. Только дроблению подвергают карбонатные породы при использовании их в качестве рваного камня - щебня и бута. При этом в оценке качества сырья большое значение имеют механические свойства, определяемые прочностью в водонасыщенном или сухом состоянии, морозостойкостью, сопротивлением удару и др., а также водопоглощением, дробимостыо, коэффициентом размягчения, износом в полочном барабане и др.
Например, камень, используемый в качестве щебня для бетона гидротехнических сооружений, должен иметь прочность на сжатие в водонасыщенном состоянии не менее 50 МПа; дробимость в цилиндре в сухом состоянии, определяемую по потере массы через определенное время дробления, не более 10% для сооружений зоны переменного уровня воды и 14% для подводных и надводных частей сооружений; морозостойкость, определяемую числом циклов попеременного замораживания и оттаивания (в водонасыщенном состоянии), - не менее 100; объемную массу не менее 2,4-2,3 г/см3.
Для щебня, используемого в дорожном бетоне, прочность на сжатие в водонасыщенном состоянии для верхнего слоя покрытий дорог дожна быть не менее 80 МПа, а для нижнего - не менее 60 МПа. В целом же для бутового камня в зависимости от характера использования минимальная прочность на сжатие может колебаться от 10 до 80 МПа. Распиловке подвергаются карбонатные породы для получения штучного камня - это облицовочные блоки, стеновые камни, бортовые камни, брусчатка и т. д.
Кроме ряда физических (или, как их называют, физико-механических) свойств при оценке сырья для изделий этого типа учитывают выход продукции из горной массы, в ряде случаев его декоративность, а также возможности утилизации отходов, получаемых при добыче и переработке. Декоративность имеет большое значение при использовании камня для облицовки, а также для изготовления художественных изделий. Для скульптурного мрамора существенное значение имеют не только характер окраски и структура породы, но и просвечиваемость (глубина просвечиваемости, определяемая толщиной пластины, способной к просвечиванию). Для камня, применяемого дли изготовления плит для полов, большое значение имеет истираемость.
Часть карбонатных пород используется в виде так называемой: крошки, диаметр частиц 0-40 мм. Например, мраморная крошка для изготовления мозаичных и декоративных строительных деталей подразделяется на три класса: 0-5; 5-10 и 10-20 мм; прочность на сжатие - не менее 50 МПа в воздушно-сухом состоянии. Мраморная крошка для изготовления декоративных штукатурок, мозаичных бетонов и растворов подразделяется на четыре класса 0,63-5; 5-10; 10-20 и 10-40 мм; минимальная прочность на сжатие 30 МПа в водонасыщенном состоянии. Крошка карбонатных пород используется и для изготовления асфальта бетонных и битумоминеральных смесей и других изделий.
В естественном молотом виде карбонатные породы применяются в сельском хозяйстве (для известкования почв, как минеральная подкормка и др.), в кабельной промышленности, для которой важна изометричность частиц и их диэлектрические свойства, в лакокрасочной промышленности, в медицине, при производстве резины, линолеума, бумаги и т. д.
Большое значение имеют карбонатные породы для производства вяжущих веществ, в том числе строительной извести и особенно цементов. Для получения строительной извести применяют известняки и доломитовые известняки; для гидравлической извести - глинистые известняки, содержащие 8-20% глинистого компонента. При обжиге известняка получается жженая известь СаО, которая при затворении с водой дает гашеную известь (пушонку). Гашеная известь при смешивании с водой дает известковое тесто, а при добавлении воды и - строительный раствор.
Если в известняке количество глинистых веществ до 3-5%, то из такого известняка получают жирную известь, если больше - тощую известь (серую). Наличие MgO замедляет гашение. По составу к гидравлической извести (способной затвердевать в воде) близок роман-цемент. Сырье или сырьевая смесь для производства роман-цемента должны иметь гидравлический модуль (отношение CaO + MgO к сумме SiO 2 + Аl 2 О 3 + Fe 2 О 3) от 1,3 до 1,7, в то время как у гидравлической извести оно составляет от 1,7 до 9). Роман-цемент относится к относительно низкокачественным вяжущим веществам, и его производство резко сокращено. Более ценный продукт - портландцемент, но при производстве его к сырью предъявляют ряд требований.
Исходная, подлежащая обжигу минеральная смесь (шихта) должна иметь определенный состав. Обычно шихту составляют из известняка и глинистых пород - глин, суглинков, аргиллитов, лёссов и др. Иногда глинистая часть заменяется доменным шлаком, остающимся после выплавки чугуна, сланцевым коксом, золой горючих , белитовым (нефелиновым) шламом, получаемым при извлечении из нефелина глинозема, и др., например, применяются порфироиды, можно использовать вместо глин базальты. В некоторых случаях применяются природные смеси, отвечающие составу шихты - мергели-натуралы.
Один из основных показателей нормального состава шихты - коэффициент насыщения. Этот коэффициент колеблется в пределах 0,82-0,95. Необходимо выдерживать кремнеземный (п) и глиноземный (р) модули.
Предел колебания п 1,2-3,5, р 1-2,5. Если основные компоненты шихты не обеспечивают кремнеземный модуль из-за низкого содержания SiO 2 , то в шихту вводят кварцевый песок, маршаллит, опоки, трепелы и другие кремнистые продукты; если низка железистость шихты, то добавляют богатые железом продукты: пиритные огарки, колошниковую пыль, железные руды. При низком содержании А1203 вводят бокситы и другие высокоалюминиевые продукты. Кроме того, состав шихты контролируется составом исходных пород.
В продукте обжига шихты - клинкере - содержание MgO должно быть не выше 4,6%, редко до 6%, ТiO 2 не выше 0,3%, редко до 4- 5%. В процессе обжига шихты образуются трехкальциевый силикат (аллит, двухкальциевый силикат (белит), трехкальциевый алюминат и четырехкальциевый алюмоферрит, содержание (в %) которых соответственно 42-65; 15-50; 2-15 и 10-25.
В клинкере может остаться некоторое количество СаО, поэтому ее следует связать, добавляя в клинкер продукты, способные взаимодействовать с СаО. Такие добавки называют активными или гидравлическими. К гидравлическим добавкам относятся горные породы разного генезиса: осадочного - диатомиты, трепелы, опоки и спонголиты; пирометаморфического - глиежи; вулканогенного и вулканогенно-осадочного - пеплы, пемзы, туфы, туфолавы; некоторые цеолитовые породы; витролипариты и др.; выветрелые основные породы - диабазы, базальты. Кроме того, к ним относятся некоторые техногенные продукты - доменные шлаки, белитовый шлам, топливные золы, отходы керамики (битые и бракованные кирпич и черепица и др.).
Кроме гидравлических добавок в клинкер добавляют , регулирующий время схватывания бетона. Цемент получается в результате помола клинкера с вышеназванными добавками. После затворения цемента водой и добавок заполнителей получают бетон. В качестве заполнителей тяжелых бетонов используют , песок, щебень; для легких бетонов - различные горные породы и продукты их переработки. В естественном виде легкими заполнителями являются осадочные породы - известняки-ракушечники и вулканогенные породы - вулканические шлаки, пемзы и пумидиты (пеплы).
При термической обработке из осадочных пород - глин, глинистых илов и суглинков - получают керамзит, аглопорит и другие, легкие заполнители; из диатомитов и трепелов - гермолит; из вермикулита, формирующегося в процессе выветривания - вспученный вермикулит; из вулканогенного перлитового сырья (водосодержащих стекловатых пород) - вспученный перлит. Легкими заполнителями могут служить и некоторые техногенные продукты (металлургические шлаки, фосфозит и т. д.).
Существует ряд специальных видов цемента - цветные, беложгущиеся, тампонажные и др. Тампонажные цементы, используемые при бурении, получают из шихты, состоящей из известняков и бокситов. Расширяющиеся цементы приготовляют на основе глиноземистого цемента и гипсо-известкового сплава, а высококремнеземистые- на основе перлита.
Алюмофосфатные цементы характеризуются высокой жаростойкостью. Можно получить цемент, используя красные шламы (отходы алюминиевой промышленности), феррохромовые шлаки (отходы ферросплавного производства). Имеются сульфотодержащие цементы, для получения которых используют отходы туковой промышленности (фосфогипс), и ряд других разновидностей цементов.
В химической промышленности кальциевые карбонатные породы применяются в производстве кальцинированной соды, кормового преципитата, суперфосфата, карбида кальция, едких калия и натрия, хлорной извести и др. Главное требование - высокая чистота сырья.
Известняк входит в состав стекольной шихты; основная вредная примесь здесь - хромофоры, в том числе железо, и др.
Большое количество карбонатных пород используется в металлургии. Доломиты применяют как огнеупоры (в том числе смодо-доломитовые), а также для извлечения магния. Кальциевые карбонатные породы широко используются в качестве флюса (в том числе при производстве чугуна и стали, глинозема, , , , и т. д.); при этом имеют значение не только химический состав карбонатных пород, по и их механические свойства (прочность, кусковатость), а также в производстве силикатного кирпича (как основной компонент), строительной керамики, меловых промывочных жидкостей для бурения скважин, химически осажденного мела и др.
Доломиты применяют в производстве стекла, минеральной ваты, глазури, стекольного волокна, совелита, электросталеплавпльном производстве, производстве сульфитной целлюлозы, магнезиальной извести, при известковании кислых почв и т. д.
