Глинистые породы, виды и применение в производстве цемента.
Для цементного производства применяют следующие виды глинистых пород: глину, суглинок, глинистый сланец, лесс и лессовидные суглинки. Глины – тонкодисперсные осадочные горные породы , состоящие из различных минералов: каолинита, монтмориллонита, гидрослюд и других гидроалюмосиликатов. Глина при увлажнении разбухает и приобретает пластичность.
При сухом способе производства пластичность и связующая способность глины обеспечивают возможность брикетирования и гранулирования сырьевой муки. Суглинок – глина, содержащая повышенное количество песчаных и пылеватых частиц.
Глинистые сланцы – твердые плотные горные породы с ориентированным расположением слагающих минералов, тонкослоистой структурой и хорошо выраженной сланцеватостью – способностью легко раскалываться на тонкие пластинки. Глинистые сланцы по сравнению с глиной характеризуется меньше влажностью, более постоянным составом и не смерзаются зимой при хранении на складах.
Лесс – пористая тонкозернистая, рыхлая горная порода, состоящая из очень тонких пылевидных частиц кварца, полевого шпата, глинистых материалов и некоторых других силикатов. Он содержит значительное количество карбоната кальция. Пористость лесса 48-50%, пластичность его не велика. Лессовидный суглинок – суглинок, переходный по своим свойствам к лессу.
Из глинистых пород используют глину, суглинок, глинистый сланец, мергелистую глину, лёсс; видный суглинок.
Глины состоят из глинистого вещества и примесей. Первое представляет собой либо один глинистый минерал (мономинеральные глины) либо смесь различных минералов (полиминеральные глины). Глинистое вещество — это в основном гидроалюмосиликаты mАl2О3 *nSiO2* рН2О, где значения коэффициентов при окислах для отдельных глинистых минералов различны. В кристаллическую решетку гидроалюмосиликатов могут также входить К, Na, Mg, Са, Fe. Известен ряд групп глинистых минералов: каолинитовая Аl2О3*2SiO2*2Н2О, галлуазитовая Аl2О3* 2SiO2*4Н2О, монтмориллонитовая АIО3*3-5SiO2*nН2О, монотермитовая 0,2К2О*Аl2О3 *3SiO2*1,5Н2О (вместо калия в монотермит могут входить Na, Mg, Са), гидрослюды-продукты гидратации слюд. Глины содержат примеси в виде железистых соединений, кварца, карбонатов кальция и магния, гипса, полевого шпата и ряда других веществ.
Монтмориллонит отличается более высокой степенью дисперсности, чем другие глинистые минералы. Поэтому использование монтмориллонитовых глин увеличивает потребность в воде сырьевого шлама при мокром способе производства. B месте с тем с увеличением дисперсности глин, а также содержания в них железистых примесей взаимодействие их с карбонатным компонентом сырьевой смеси ускоряется.
Сырьем для производства цемента служат различные виды глин, поскольку обычно используют глины, залегающие вблизи месторождения карбонатных материалов.
Суглинки отличаются меньшим содержанием тонких зерен и повышенным количеством частиц песка.
Глинистые сланцы представляют собой твердые плотные породы слоистой структуры, которые легко раскалываются вдоль плоскостей наслоения. По сравнению с обычными глинами они отличаются меньшей влажностью, более постоянным составом и не смерзаются зимой при хранении на складах. Используют их в качестве сырья на ряде заводов Сибири и Казахстана.
Лёсс — порода, лишенная слоистости. Он весьма нежен на ощупь и растирается пальцами в пылевидную массу. К нему обычно примешаны тонкие частицы кварцевой породы, полевого шпата, карбоната кальция, слюды и др. Если лёсс, содержит 30% углекислого кальция, то он по составу приближается к мергелю. Пластичность природного лёсса весьма незначительна. Лёссы и лессовидные суглинки используют в качестве сырья на предприятиях Казахстана и Средней Азии.
Глина обладает рядом ценных свойств, особенно важна ее пластичность, т. е. способность принимать под давлением любую форму и сохранять ее после прекращения давления, а также связующая способность, позволяющая глин связывать определенное количество непластичных материалов. Благодаря этим свойствам глины сырьевую муку можно гранулировать и брикетировать, причем гранулы и брикеты не рассыпаются при повышенных температурах. Пластичность и связующая способность глины зависят от ее минералогического состава, размеров и характера поверхности частиц, содержания примесей, и количества воды и ряда других причин. Суглинки, лёс и глинистые сланцы отличаются меньшей пластичностью, чем глины.
Глины легко впитывают влагу и становятся водонепроницаемыми. Большинство глин легко размывается водой, что используется в технологическом процессе производства цемента.
Глинистые породы, содержат нужные для производства цемента кислотные окислы SiO2, Аl2О3 и Fе2O3, известняк же является носителем основного окисла СаО. Главным признаком пригодности глины для производства цемента является величина ее силикатного и глиноземного модулей, значение которых определяет величину этих модулей в цементе, так как карбонатный компонент сырьевой смеси обычно содержит немного глинистых примесей.
Естественная влажность глин — 10-25% в зависимости от времени года и степени уплотнения. Суглинки, лесс и глинистые сланцы отличаются меньшей влажностью. Объемный вес глин — 1700-2100 кг/мЗ. У суглинков и лёсса он меньше, а у глинистого сланца больше.
Содержание в глинах примесей MgO, SО3, щелочей и других соединений устанавливают в соответствии с пределами, допускаемыми для цемента. Примесь кварцевых зерен затрудняет помол сырья, а включения крупной гальки делают глину практически непригодной для производства без предварительного ее обогащения.
Карбонатное и глинистое (алюмосиликатное) сырье должно быть возможно более равномерным по составу и структуре, не содержать включений крупных зерен кварца и других обломочных пород, затрудняющих помол сырья и трудно усваиваемых в процессе обжига.
3 класс. Окружающий мир. Горные породы — Горные породы
Комментарии преподавателяПоверхность Земли, по которой мы ходим, твердая, а из чего она состоит? Земная поверхность состоит из особых горных пород, большинство из которых твердые. Речную и морскую гальку , песок, глину, известняк, торф, каменный уголь, каменную соль , гранит, базальт, мрамор и многие другие природные тела ученые назвали горными породами. Хотя из них сложены не только горы, но и равнины, дно водоемов, то есть вся твердая оболочка земли до глубины 30–40 километров и более.
Галька (photoudom.ru)
Каменная соль (meditt.ru)
Гранит (venec-group.ru)
Большинство горных пород твердые, но есть и жидкие. К ним относятся нефть, ртуть, природный и горючий газ
Нефть (animo2.ucoz.ru)
————————————————
А как происходило образование горных пород? Это происходило по-разному. Вы, наверняка, слышали об извержении вулкана. При его извержении раскаленные, огненные потоки особого вещества – магма – с огромной силой вырываются из недр земли. Они изливаются на ее поверхность и остывают. Магма приводит к образованию магматических горных пород. Магма является «мамой» для многих магматических пород, к ним относятся гранит и базальт. Образованные миллионы лет назад магматические горные породы хорошо видны на склонах горных утесов.
————————————————
Каменный уголь, торф и известняк образовались по-другому. Рассмотрим каменный уголь. Миллионы лет назад во влажных, заболоченных джунглях росли гигантские папоротники. В ветвях могучих деревьев вили гнезда доисторические птицы, а у подножия бродили динозавры. Отпечатки этих растений и животных ученые до сих пор находят в пластах каменного угля. А как же эти древние растения превратились в каменный уголь? Когда эти гигантские деревья погибали, они падали на дно водоемов или во влажную заболоченную кучку, их заносило илом и песком, погребенные на большой глубине, без доступа к воздуху под сильным давлением воды они спрессовывались и постепенно превращались в пласты каменного угля
Каменный уголь (e-klimat.ua)
—————————————————-
Сейчас мы познакомимся с тайной происхождения известняка. Прародители известняка – мельчайшие морские существа – имели известковые скелеты, панцири, были защищены ракушками. Умирая, они оставляли на дне морей огромные белые пласты, которые за миллионы лет превратились в известняк. А еще через миллионы лет море отступило. В кусочках известняка можно разглядеть скелеты древних морских животных (рис. 7).
Известняк (tvernedra.ru)
—————————————————
Торф состоит из остатков полусгнивших растений (рис. 8). Образуется торф на болотах из болотного мха – сфагнума – и других растений. Отмирая, растения скапливаются на болотах. Из-за обилия воды в почвах болот очень мало воздуха, и поэтому растения до конца не сгнивают, из их остатков и образуется торф. Образование торфа происходит и в наши дни. За десять лет толщина торфяного слоя меняется от 5 до 30 миллиметров.
Торф (ogorodbezzabot. ru)
Известняк, торф и каменный уголь называют осадочными горными породами. Все эти водные породы образовались на дне водоемов, куда оседали погибшие животные и растения. Огромная масса воды давила на останки живых организмов, как тяжелый пресс, и постепенно осадки на дне водоемов превращались в осадочные горные породы. Большая часть земной поверхности покрыта слоем самых различных осадочных горных пород.
———————————————————
А какие горные породы можно увидеть, гуляя по окрестностям города или села? Можно увидеть речную гальку, песок, глину, большой валун, кусочек торфа или каменного угля.
Про происхождения торфа или каменного угля мы уже поговорили. А как образовались глина и песок?
Они образовались в результате разрушения горных пород. Главная причина таких разрушений – изменение температуры в течение суток. Днем солнце нагревает поверхность скал, горные породы расширяются, а ночью охлаждаются и сжимаются. И так происходит каждые сутки, из года в год, многие тысячи, миллионы лет. На поверхности скал образуются сначала маленькие, а затем большие трещины, вода, ветер и растения разрушают горные породы, в трещины попадает вода, она замерзает, и получается лед, который давит на стенки трещин с очень большой силой. Дождевые и талые воды, попадая в трещины, вымывают частицы горных пород, сильный ветер выдувает из трещин мельчайшие частички. Разрушение усиливается, в трещины попадает пыль, поселяются микробы, маленькие животные, ветер заносит семена растений. Живые организмы продолжают разрушать горные породы, расширяют и углубляют трещины. Разрушение горных пород под влиянием изменения температуры, воды, воздуха, живых организмов называется выветриванием.
Так постепенно скала разрушается, и образуются обломки разной величины. Вода, ветер, лед скатывают эти обломки вниз, по склонам, они сталкиваются друг с другом и разбиваются. Потоки воды переносят их с места на место, перетирают друг друга и измельчают. Крупные обломки превращаются в мелкий гравий, а мелкий гравий – в песок и глину. Вот так миллиарды этих частичек годами оседали на дне морей, океанов, озер. Под давлением новых слоев они уплотнялись, изменялись и постепенно превращались в слои гальки, песка и глины. Поэтому эти горные породы тоже называют осадочными или обломочными горными породами.
—————————————
Любая горная порода состоит из минералов, однако некоторые горные породы имеют в своем составе только один минерал. Например, кварцевый песок состоит из одного минерала – кварца, а известняк состоит из кальцита
Кварцевый песок (ecosand. ru)
В граните можно увидеть зерна сразу трех минералов: полевого шпата, кварца и слюды. Название гранита произошло от слова «грана», что значит зерно. Рассмотрим гранит более внимательно: мы видим белые полупрозрачные зерна с неровными краями, словно смазанные жиром, это зерна кварца. Цветные, красные и серые зерна, с ровными блестящими краями – это полевой шпат. А тоненькие с черным блеском пластинки, которые можно иногда отделить даже ногтем, – это слюда.
Гранит (finesell.ru)
Минералы окружают нас повсюду. Скрипит песок под ногами – значит, идешь по кварцу, не можешь вытащить ногу из земли после дождя – это может быть глина. Сломался грифель карандаша – рассмотри его, он сделан тоже из минерала, графита. Название этого минерала произошло от слова «графо», что означает «пишу». На доске мы пишем мелом, мел – это тоже минерал, разновидность известняка. Из него путем переработки изготавливают известь, которую используют в строительстве для побелки стен и в сельском хозяйстве для известкования почв.
Графит (chelnews.com)
Вы, наверно, не раз видели ювелирные украшения. Как правило, они украшены драгоценными камнями-минералами или самоцветами: аметистом, малахитом, сердоликом, агатом, янтарем. Сколько существует видов минералов на земле? Известно около трех тысяч различных видов. Отличаются они друг от друга тем, из каких частиц атома и молекул состоят и как эти частицы расположены. Большинство минералов имеют цвет и блеск. Одни минералы имеют металлический блеск, другие – стеклянный, третьи – матовый. Большинство минералов твердые и прочные, минералы входят в состав метеорита. Минералы были обнаружены на Луне и Марсе.
——————————————————
Как еще человек использует минералы? Самой высокой твердостью обладает алмаз. В переводе с греческого языка его название обозначает «непобедимый, непреодолимый»
Алмаз (zagruzimenya. tk)
Рождения алмаза – одна из загадок, которую ученые решают до сих пор. Миллионы лет из ее глубин земли к ее поверхности прорывались раскаленные массы веществ с огромным содержанием различных газов и паров. Температуры в несколько тысяч градусов и очень сильное давление приводили к тому, что углерод в этих газах превращался в алмаз .
Украшения из алмаза (physmumelinetrax.tu)
Алмаз – это самый драгоценный, самый твердый и один самых редких камней на земле. Он разрезает все на свете – и стекло, и любой камень, и самую крепчайшую сталь. Поэтому его широко применяют в технике. Из отшлифованных алмазов-бриллиантов делают прекраснейшие украшения . Также алмаз используют для приготовления дорогостоящих приборов: алмазных резцов и часов.
—————————————————
В далекие времена слюду вставляли в окна домов вместо очень дорогого стекла, свет через такие оконца проникал с трудом, но в старину это была хорошая защита от холода и дождя. В наши дни слюду применяют в электронной и радиопромышленности. Из молотой слюды изготавливают мягкий материал для крыш – рубероид, резиновые изделия, золотые и бронзовые краски и чернила.
Слюда (fotoham.ru)
——————————————————
В карандаше – грифель, он сделан из минерала графита, который пачкает руки, оставляет следы на бумаге, но у него есть удивительнейшее свойство. Графит выдерживает температуру в несколько тысяч градусов, а изделия, изготовленные из него, не портятся даже при сильном охлаждении.
Изделие из графита (cena24.ru)
Сегодня на уроке вы узнали, из чего состоят горные породы, познакомились с разнообразием минералов и с их практическим использованием человеком.
источник конспекта — http://interneturok.ru/ru/school/okruj-mir/3-klass/vzaimosvyaz-nezhivoy-i-zhivoy-prirody/gornye-porody?seconds=0&chapter_id=2295
источник конспекта — http://interneturok. ru/ru/school/okruj-mir/3-klass/vzaimosvyaz-nezhivoy-i-zhivoy-prirody/chto-takoe-mineraly?seconds=0&chapter_id=2295
источник презентации — http://prezentacii.com/po-okrujayuschemu-miru/13420-gornye-porody-3-klass.html
источник презентации — http://prezentacii.com/po-okrujayuschemu-miru/12378-mineraly-3-klass.html
источник видео:
http://www.youtube.com/watch?v=pp0fFpgXjlM
Выветривание и глинистые минералы
Выветривание и глинистые минералыЭЭНС 2110 | Минералогия |
Университет Тулейна | Проф. Стивен А. Нельсон |
Выветривание и глина Минералы |
Геологи различают две категории процессов выветривания
![]() Несмотря на то, что мы разделяем эти процессы, они работают вместе, чтобы разрушить пород и минералов на более мелкие фрагменты или на минералы, более устойчивые вблизи Земли. поверхность. Физическое выветривание Физическое выветривание происходит в результате множества процессов. Среди них:
![]() |
|
Химическое выветривание Поскольку многие горные породы и минералы образуются в условиях, присутствующих глубоко внутри Земли, когда они подходят к поверхности в результате поднятия и эрозии, они сталкиваются с условия, весьма отличные от тех, при которых они первоначально образовались. Среди условия, присутствующие вблизи поверхности Земли, отличаются от тех, что находятся в глубине Земля:
Из-за этих различных условий минералы в горных породах реагируют со своими новыми
среде для производства новых минералов, которые стабильны в условиях вблизи поверхности.
Минералы, устойчивые в условиях P, T, H |
Обратите внимание на минералы с *. |
Основным агентом химических реакций выветривания являются вода и слабые кислоты образуется в воде. |
Типы химических реакций выветривания
|
Выветривание обычных пород |
Камень | Первичные полезные ископаемые | Остаточные минералы* | Выщелоченные ионы |
Гранит | Полевой шпат | Глинистые минералы | На + , К + |
Слюды | Глинистые минералы | К + | |
Кварц | Кварц | — | |
Fe-Mg Минералы | Глинистые минералы + гематит + гетит | Мг +2 | |
Базальт | Полевой шпат | Глинистые минералы | Na + , Ca +2 |
Fe-Mg минералы | Глинистые минералы | Мг +2 | |
Магнетит | Гематит, гетит | — | |
Известняк | Кальцит | Нет | Ca +2 , CO 3 -2 |
*Остаточные минералы = минералы, устойчивые на поверхности Земли и оставшиеся в горных породах. после выветривания.
Как видно из вышеизложенного, глинистые минералы и оксидные минералы (включая
кварц) являются наиболее распространенными побочными продуктами химического выветривания. Таким образом
глинистые минералы и кварц являются наиболее обильными вкладчиками обломочных пород.
осадок и почва. Здесь мы обсуждаем структуру, свойства,
залегание и идентификация глинистых минералов, но сначала нам нужно
обсудить филосиликаты в целом.
|
Глинистые минералы Глинистые минералы представляют собой важную группу минералов, поскольку они относятся к
наиболее распространенные продукты химического выветривания и, таким образом, являются основными составляющими
мелкозернистых осадочных пород, называемых глинистыми породами (включая
аргиллиты, аргиллиты и сланцы). По своей структуре и химическому составу глинистые минералы можно разделить на три основных класса:
Каждый из них образуется в условиях различных экологических и химических условия. |
Кандиты Кандиты представляют собой глины со структурой Т-О с октаэдрической
слой похож на структуру гиббсита. |
Каолинит образуется в результате выветривания или гидротермального изменения
алюмосиликатные минералы. Таким образом, породы, богатые полевым шпатом, обычно выветриваются.
каолинит. Для образования ионы, такие как Na, K, Ca, Mg и Fe, должны
сначала выщелачиваться в процессе выветривания или изменения. Этот
выщелачиванию благоприятствуют кислые условия (низкий pH). Гранитные породы,
поскольку они богаты полевым шпатом, они являются обычным источником каолинита. Галлуазит, также представляет собой кандитовую глину со структурой, похожей на
Каолинит. Каолинит, поскольку он не впитывает воду, не расширяется при соприкасается с водой. Таким образом, каолинит является предпочтительным типом глина для керамического производства. |
Смектиты Смектитовая группа глин имеет структуру T-O-T, аналогичную что из пирофиллита, но также может содержать значительное количество Mg и Fe замещение в октаэдрические слои. Таким образом, смекты могут быть как диоктаэдрические, так и триоктаэдрические. Наиболее важным аспектом группы смектитов является способность H 2 O
молекулы, которые будут поглощаться между листами T-O-T, в результате чего объем
минералы увеличиваются при контакте с водой. | |
Наиболее распространенным смектитом является монтмориллинит с общей химической формулой
:
Монтмориллинит является основным компонентом бентонита, полученным выветривания вулканического пепла. Монтмориллинит может расширяться на несколько раз превышает свой первоначальный объем при контакте с водой. Этот делает его полезным в качестве бурового раствора (чтобы скважины оставались открытыми) и для закупоривания утечки в почве, камнях и плотинах. Монтмориллинит, однако, является опасным типом глины, с которым можно столкнуться, если
его можно найти в туннелях или выемках дорог. Другие, менее распространенные представители смектитовой группы включают бейделлит, Гекторит, нонтронит, сауконит и сапонит. |
Иллиты Иллитовые глины имеют строение, сходное с мусковитом, но
обычно с недостатком щелочей, с меньшим замещением Si алюминием.
Таким образом, общая формула иллитов такова:
обычно с 1 < y < 1,5, но всегда с y < 2. Из-за возможного дисбаланса заряда Ca и Mg также иногда могут заменитель К. Межслойные катионы K, Ca или Mg препятствуют проникновению H 2 O
в структуру. |
Глины иллитового типа образуются в результате выветривания пород, богатых калием и алюминием
в условиях высокого pH. Таким образом, они образуются путем изменения минералов, таких как
мусковит и полевой шпат. Иллитовые глины являются основным компонентом древних
глинистые породы и сланцы. Глина смешанного слоя Глины со смешанным слоем являются обычным явлением и состоят из глин, которые меняются от одного тип к другому через последовательность укладки. Последовательности могут быть упорядоченная и регулярная или высокая неупорядоченная и нерегулярная. Например слои монтмориллинита могут упорядоченно чередоваться со слоями иллита, или может быть несколько слоев монтмориллинита со случайными слоями иллит. |
Отличительные глиняные минералы Как правило, глинистые минералы встречаются в виде таких мелких минеральных зерен, которые
их трудно различить ни в ручном образце, ни в тонком
раздел. .
минералы. Однако сначала глины должны быть отделены от других составляющих.
Для этого мы сначала дезагрегируем образец и помещаем его в отстойник.
трубка, наполненная водой. Частицы оседают в воде в соответствии с
к Закону Стокса:
Обычно в воду добавляют дезагрегант (Calgon), чтобы сохранить
отдельные частицы не сцепляются друг с другом. Затем нужно использовать закон Стокса, чтобы выяснить, насколько далеко частицы глины размер установится в заданное время. Это расстояние измеряется на цилиндр, а затем это количество воды сливают и собирают. Затем его пропускают через фильтр, чтобы отделить глинистые минералы от вода. Затем фильтр сушат и на него помещают глинистые минералы. предметное стекло, готовое для рентгеноструктурного анализа. Напомним, что закон Брэгга:
позволяет рассчитать расстояние «d» между решеткой плоскостях, если длина волны λ рентгеновских лучей равна известен, а угол дифракции θ равен известен. Обычно в исследованиях порошковой рентгеновской дифракции мы хотели бы, чтобы минерал
зерна произвольно ориентируются на предметном стекле. В таблице ниже показано расстояние d для плоскости {001}, измеренное для различные минералы глинистого типа. Необработанный для полезных ископаемых в их естественное состояние, значения этиленгликоля получают после обработки минералов в растворе этиленгликоля (основной ингредиент антифриз), а в последней колонке показан эффект нагревания минерала. до 550 o °С после обработки этиленгликолем. |
d Расстояние между {001} для глинистых минералов () | |||
Минерал | необработанный | Этиленгликоль | Нагрев до 550 или C |
Каолинит | 7.![]() | Без изменений | Уничтожено |
Монтмориллинит | 14 — 15 | 17 | 9,5 |
Иллит | 10 | Без изменений | Мелкая мелочь |
Хлорит | 7 | Без изменений | 13,2 |
Смешанный слой | 11 | 12 | 10 |
Примеры вопросов по этому материалу, которые можно задать на экзамене
Вернуться на страницу EENS 2110 |
Минералы | Бесплатный полнотекстовый | Редакция специального выпуска «Глины, глинистые минералы и геология»
1.

Осадочные породы, покрывающие большую часть земной коры, в основном состоят из глин, благодаря чему глинистые минералы широко распространены во всем мире. Глинистые минералы в основном образуются в результате взаимодействия поверхности земной коры с атмосферой и гидросферой, не забывая при этом о вкладе органического вещества и биоагентов, в основном характеризующих почву. С начала прошлого века, с развитием рентгеноструктурного метода, возник большой интерес к изучению этих отложений, особенно глинистых минералов. Этим минералам посвящены различные специализированные журналы, множество книг, множество национальных и международных конференций, созданы национальные и международные ассоциации (например, AIPEA — Association Internationale pour l’Etude des Argiles). Основные темы, освещаемые в журналах, книгах и конференциях, касаются определения кристаллохимических и химико-физических характеристик, а также качественного и количественного анализа минералов, присутствующих в глинах, генезиса, условий осадконакопления и эволюции после осадконакопления [1]. ].
Минералогический состав глинистых отложений состоит из нефиллосиликатного компонента, такого как кварц, полевые шпаты, Fe-(гидр)оксиды, и компонентов филлосиликатов, среди которых глинистые минералы представлены смектитами, иллитом, хлоритом и каолиновыми группами , где наиболее частыми минералами являются смешанные слои иллита / смектита и хлорита / смектита. Филлосиликаты имеют мелкую зернистость, остальные сосредоточены в алевритовой и песчаной зернистости. Глинистые минералы характеризуются тетраэдрическими пластами, заполненными кремнием и, в меньшей степени, алюминием и железом 9.0114 3+ . Эти листы соединяются друг с другом вдоль поверхностей в различных комбинациях, образуя разные слои, которые, в свою очередь, соединяются, образуя разные глинистые минералы. В различных глинистых минералах слои имеют разные заряды слоев в зависимости от замещения катионов с более высоким зарядом катионами с более низким зарядом (например, замена Si 4+ на Al 3+ в тетраэдрических листах). Катионы, такие как K, Ca и Na, могут быть связаны со слоями более или менее сильно в зависимости от заряда слоя (например, смектит < иллит < мусковит). В смектитах легко обмениваются катионы, и эта группа минералов также обладает способностью обмениваться органическими молекулами. Такие минералы, как каолинит, пирофиллит и хлорит, не имеют межслоевых катионов.
Благодаря своей структуре и мелкому размеру глины и глинистые минералы характеризуются специфическими свойствами, такими как емкость катионного обмена (ЕЕС), сорбция воды и органических веществ, тиксотропность, набухание, непроницаемость и пластичность, что делает их очень универсальны и поэтому полезны в различных технологических областях и промышленных производствах. Вышеупомянутые свойства контролируют геотехнические параметры; поэтому минералогические знания о глинистых материалах важны для оценки движения оползней/масс и природных опасностей [2,3]. Кроме того, исходя из этих свойств, глинистые минералы по-разному реагируют на термохимическую обработку, что полезно для их идентификации с помощью рентгеноструктурного анализа [4].
Характеристики глинистых отложений зависят от геологической истории, такой как природа материнских пород, из которых они образовались в результате изменений, тектоническая активность и климат области источника, транспортировка, условия осадконакопления и последующие диагенетические процессы или очень низкая степень метаморфизма (ссылка [5] и ссылка в ней).
Исходя из вышеизложенного и как уже упоминалось, глинистые минералы являются полезными заменителями для реконструкции динамики предшествующих геологических процессов, воздействовавших на Землю.
2. Основные геологические среды для образования глинистых минералов
Глинистые минералы встречаются во многих различных геологических средах и являются результатом многих геологических процессов, происходящих в земной коре. Одним из наиболее актуальных процессов является выветривание материнских пород, находящихся на поверхности Земли, а также эрозия почв.
При анализе распределения глинистых минералов в почвах и современных морских отложениях можно установить выраженную концентрацию различных типов этих минералов по климатическим полосам [6].
В частности, экваториальный пояс характеризуется теплым влажным климатом и, следовательно, агрессивным химическим выветриванием, ответственным за вынос щелочных и щелочноземельных катионов (Na, K, Mg и Ca). Этот процесс происходит в почвах и может быть обнаружен в морских отложениях с высокими концентрациями каолинита, имеющего очень простую кристаллохимию [Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 ]. Вблизи тропических поясов или в условиях умеренного или субаридного климата, а также в более отдаленных районах океана обнаруживаются высокие концентрации смектитов, которые представляют собой промежуточный продукт изменения. Эти минералы характеризуются более сложной кристаллохимией, чем каолинит. Более высокая концентрация смектита в более отдаленной части может быть объяснена небольшим размером чешуек и рассеянным заполнителем, остающимся в толще воды и впоследствии накапливающимся в более отдаленной донной впадине или образующимся в результате изменения вулканического пепла за счет к действию морской воды [5]. Наконец, такие минералы, как иллит и хлорит, сосредоточены в высоких широтах, где химическое изменение менее агрессивно. Однако эти минералы также могут быть унаследованы от материнских пород (ссылка [6] и ссылка в ней).
Обзор распределения глинистых минералов в современных отложениях показывает, что глинистые минералы могут быть полезными заменителями для палеоклиматических реконструкций, о чем свидетельствуют обширные литературные данные (например, ссылка [7] и ссылка в ней). Одним из наиболее изученных климатических изменений прошлого является палеоцен-эоценовый термический максимум (ПЭТМ), продолжавшийся около 200 000 лет и приведший к повышению температуры примерно на 5–8 °С за счет парникового эффекта, вызванного увеличением СО 2 [7]. В этот период осадочные толщи сформировались в районах, также характеризующихся интенсивными дождями и, следовательно, высоким соотношением вода/порода, и зафиксировали явное увеличение содержания каолинита (ссылка [7] и ссылка в ней). В осадочных бассейнах с преобладанием жарко-сухого климата, включая озера и лагуны, вместо этого каолинит встречается редко или отсутствует, а присутствуют Mg-смектиты, палигорскит и сепиолит (ссылки [7,8] и ссылки в них). Эти данные подтверждают важность изучения PETM и его актуальность как для настоящего, так и для будущего, поскольку он имеет несколько общих черт с нынешним поведением в теплицах.
В дополнение к химическому выветриванию, на которое в основном влияют климатические условия, мы не должны упускать из виду влияние тектонической активности на образование глинистых минералов. Тектоническая активность на очаговой территории приводит к омоложению рельефа, акцентированию склона, что способствует стоку воды, а также ускорению скорости транспорта и, следовательно, механического выветривания с последующим сокращением времени химического выветривания. первичных полезных ископаемых. Полученные глинистые минералы образуются в результате слабого процесса изменения или унаследованы от исходных областей. Этот тип минералогической ассоциации характерен для надвигово-покровных и передовых впадин, которые присутствуют на участках фронта горного пояса. Эрозия и перенос происходят, в частности, водным путем, но нельзя пренебрегать влиянием ветровой и ледниковой эрозии преимущественно в пустынных и ледниковых условиях соответственно [6].
Эрозия и перенос происходят за короткое время по сравнению с минералогическими изменениями; таким образом, они не имеют значения [5]. На основании изложенного можно сделать вывод, что анализ глинистых минералов дает информацию о климатических условиях, выветривании, тектонической активности и в целом об экологических условиях районов источников [9,10,11,12,13].
Глинистые минералы могут также образовываться при размещении вулканических отложений в результате изменения горных пород, вызванного горячими флюидами вследствие интрузии магна в земную кору или под действием гидротермальных флюидов ([14] и ссылки в ней). В этом контексте глинистые минералы представляют собой фундаментальный инструмент для идентификации и характеристики активных и ископаемых гидротермальных систем [14]. Наличие и состав фаций гидротермальных изменений, а также кристаллохимические особенности глинистых минералов имеют основополагающее значение для определения важных параметров, сильно влияющих на развитие процессов взаимодействия вода/порода, таких как температура и рН гидротермальной среды.
После отложения в осадочных бассейнах глинистые минералы, образовавшиеся в субаэральной среде, трансформируются в другие, более устойчивые минералы в новых термобарических условиях, приобретенных в условиях диагенеза или низкого метаморфизма в зависимости от литостатической и/или тектонической нагрузки. Характеристика новообразованных минералов путем определения конкретных параметров, таких как процентное содержание терминальных элементов в смешанных слоях (иллит/смектит и хлорит/смектит), порядок разбивки (райхвейт; R), индекс Кюблера и Аркаи, типы политипов , и б 0 иллита-мусковита, является полезным индикатором РТ-условий, происходящих в верхней части нижнего диагенеза, примерно от 50 °C до 350 °C и при давлениях до 12 кбар (ссылка [15] и ссылку в нем).
Этот вид исследования является ценным инструментом для анализа бассейна, а установление тектонической единицы полезно для геодинамической реконструкции орогенного пояса.
3. Основные методы определения характеристик глинистых минералов
Как упоминалось выше, изучение глинистых минералов представляет собой полезный инструмент для определения многих геологических поверхностных процессов и геодинамических реконструкций. Все это не может быть отделено от точной качественной и количественной характеристики этих полезных ископаемых с использованием мультидисциплинарного подхода, основанного на применении различных методик, а также нельзя пренебрегать опытом исследователя.
Хотя наиболее часто используемым методом является дифракция рентгеновских лучей (XRD), другие методы, такие как просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения (HRTEM), сканирующая электронная микроскопия с автоэмиссионным пистолетом (FEG-SEM), термогравиметрия и дифференциальный термический анализатор (TG -DTA) и инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR) также очень полезны. Эти методы предоставляют как специфическую, так и дополнительную информацию, иногда более оперативным способом (например, [16]). Для более целостной характеристики отложений характеристика химического состава валовой пробы с помощью таких методов, как рентгенофлуоресцентный (XRF), оптическая эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ICP-OES) и масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ICP -MS) может быть выполнено.
Однако довольно часто невозможно проанализировать образцы в лаборатории и получить химическую и/или минералогическую информацию, необходимо провести анализ на месте. В последние годы портативный РФ-спектрометр широко используется для выполнения полевых геохимических анализов, связанных с горными работами и экологическими исследованиями. Он также использовался в нефтяной промышленности, хотя тематических исследований по-прежнему очень мало (ссылка [17] и ссылки в ней). Ковальская и др. [17] показали, что после соответствующей калибровки портативный РФА может быть полезным инструментом, позволяющим быстро определить точный минеральный состав перфорированных пород и восстановить литологический профиль даже в случае горных пород, содержащих глинистые минералы. . Основным преимуществом такого подхода является возможность его применения непосредственно к скважинам без необходимости отбора керна.
4. Выводы
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что глинистые минералы представляют собой полезные индикаторы многих геологических процессов, происходящих на поверхности Земли или на глубине в несколько километров. Кроме того, глубокие геологические знания о конкретной среде могут быть полезны для понимания генезиса этих минералов. Все чаще, в основном в последние годы, эти исследования характеризуются междисциплинарными подходами, что позволяет более целостно рассматривать как геологические процессы, так и генезис глинистых минералов. Кроме того, совершенствование существующих методов и разработка новых способствуют вышеупомянутым целям. Как уже отмечалось, информация, полученная в результате характеристики глинистых минералов, способствует решению оставшихся без ответа вопросов во многих областях геологических наук. Глинистые минералы с перспективой на будущее могут играть определяющую роль в палеоклиматических исследованиях. В этом контексте было бы очень полезно углубить изучение стратиграфических последовательностей, таких как те, которые соответствуют PETM, показывая некоторое сходство с нынешним парниковым эффектом. Точно так же может быть интересно проанализировать четвертичные осадочные толщи, фиксирующие климатические изменения ледникового и межледникового периодов (например, [18]). Эти исследования, которые позволяют быстро определить реакцию окружающей среды на изменения климата, важны и могут извлечь пользу из минералогического инструмента, представленного глинистыми минералами.
Дальнейшее развитие изучения глинистых минералов реконструкций окружающей среды представлено проекцией концептуальной модели образования и распределения глинистых минералов на Марсе. Благодаря возможностям спутникового дистанционного зондирования в марсианской стратиграфической летописи и на поверхности был распознан признак глинистого минерала [19]. В марсианской среде участвуют как климатические, так и вулканические/гидротермальные процессы, и разработка новых пространственных методов изучения глинистых минералов, возможно, может быть применена для изучения Земли.
Финансирование
Это исследование не получило внешнего финансирования.
Конфликт интересов
Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.
Ссылки
- Бергая, Ф.; Тенг, БКГ; Лагали, Г. Справочник по науке о глине. В разработках глиноведения; Elsevier: Амстердам, Нидерланды, 2006 г.; Том 1, с. 1224. [Google Scholar]
- Коно, М. Влияние гидравлического градиента и типа глины на проницаемость глинистых минеральных материалов. Минералы 2020 , 10, 1064. [Google Scholar] [CrossRef]
- Соболь Э.; Габри, К.; Заблокка, К.; Шадзявичюс, Р .; Скоминас, Р.; Сас, В. Лабораторные исследования жесткости при малых деформациях и деградации модуля минеральных связных грунтов Варшавы.
Minerals 2020 , 10, 1127. [Google Scholar] [CrossRef]
- Мур, Д.М.; Рейнольдс, Р.К. Рентгеновская дифракция, идентификация и анализ глинистых минералов, 2-е изд.; Издательство Оксфордского университета: Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США, 1997; п. 378. [Google Академия]
- Галан, Э.; Феррелл, Р.Э. Генезис глинистых минералов. В разработках глиноведения; Бергая, Ф., Лагали, Г., ред.; Elsevier: Амстердам, Нидерланды, 2013 г.; Том 5, стр. 83–126. [Google Scholar]
- Чамли, Х. Клэй Седиментология; Springer: Берлин/Гейдельберг, Германия, 1989 г.; п. 626. [Google Scholar]
- Татео Ф. Глинистые минералы палеоцен-эоценового термического максимума: интерпретации, пределы и перспективы. Минералы 2020 , 10, 1073. [Google Scholar] [CrossRef]
- Кавальканте, Ф.; Бельвизо, К.; Бентивенга, М .; Фиоре, С.; Проссер, Г. Нахождение палыгорскита и сепиолита в морских глубинных отложениях верхнего палеоцена – среднего эоцена в бассейне Лагонегро (Южные Апеннины-Италия): палеоэкологические выводы и выводы о происхождении.
Осадок. геол. 2011 , 233, 42–52. [Google Scholar] [CrossRef]
- Кавальканте, Ф.; Фиоре, С.; Пикаррета, Г.; Татео, Ф. Геохимические и минералогические подходы к оценке происхождения и отложений сланцев: тематическое исследование. Глиняный шахтер. 2003 , 38, 383–397. [Google Scholar] [CrossRef]
- Перри, Ф.; Караччоло, Л.; Кавальканте, Ф .; Коррадо, С.; Крителли, С .; Муто, Ф .; Доминичи, Р. Осадочная и термическая эволюция эоцен-олигоценовых глинистых пород юго-западной части Фракийского бассейна (северо-восток Греции). Бассейн Рез. 2016 , 28, 319–339. [Google Scholar] [CrossRef]
- Sun, G.; Ван, М .; Го, Дж.; Ван, Ю.; Ян, Ю. Геохимическое значение глинистых минералов и элементов в палеогеновых песчаниках в центре северной окраины бассейна Кайдам, Китай Гоцян. Минералы 2020 , 10, 505. [Google Scholar] [CrossRef]
- Херст, А.; Уилсон, MJ; Гриппа, А .
; Уилсон, Л.; Палладино, Г.; Бельвизо, К.; Кавальканте, Ф. Происхождение и осадочный контекст минералогии глин в развивающемся преддуговом бассейне, верхнемеловые-палеогеновые и эоценовые аргиллиты, долина Сан-Хоакин, Калифорния. Minerals 2021 , 11, 71. [Google Scholar] [CrossRef]
- Jung, J.; Ко, Ю .; Ли, Дж.; Ян, К .; Парк, Ю.К.; Ким, С .; Мун, Х .; Ким, HJ; Ю, К. Многолучевая батиметрия и распределение глинистых минералов в поверхностных отложениях Малого залива в заливе Терра Нова, Антарктида. Минералы 2021 , 11, 72. [Google Scholar] [CrossRef]
- Fulignati, P. Глинистые минералы в гидротермальных системах. Minerals 2020 , 10, 919. [Google Scholar] [CrossRef]
- Cavalcante, F.; Бельвизо, К.; Лаурита, С .; Проссер, Г. Ограничения PT из филлосиликатов лигуридного комплекса области Поллино (Южные Апеннины, Италия): геологические выводы. Ofioliti 2012 , 37, 65–75. [Google Scholar]