Вещественный состав аргиллитоподобных глин района г. Большой Сочи

Вещественный состав аргиллитоподобных глин района г. Большой Сочи

А.А. Хмелевцов

Аспирант очного отделения РГСУ на кафедре ИГОФ, г. Ростов-на-Дону

Изучение вещественного состава глинистой составляющей грунта помогает объяснить природу физических, физико-механических и физико-химических свойств дисперсных грунтов. При анализе состава дисперсных грунтов наибольшее внимание уделяется глинистым минералам как наиболее энергетически активному компоненту, определяющему характерные черты поведения грунта в целом [1].

Вещественный состав аргиллитоподобных глин (далее АПГ) района г. Большой Сочи изучался дифракционно-термическим и рентгеновским методами. Целью проведения исследований является установление минерального состава глинистой фракции АПГ, что позволит определить природу их специфических свойств, таких как набухание при замачивании и разуплотнение после снятия горного давления. С этой целью для анализа были отобраны образцы набухающих АПГ из скважины, расположенной в правом борту нижнего течения р. Мзымта в районе пос. Казачий Брод с глубин 6,5, 8,9, 12,0м.

Для проведения исследований из образцов была выделена глинистая фракция путем «отмучивания» в дистиллированной воде при нормальных условиях [2]. Для проведения дифракционно-термического анализа использовалась воздушно-сухая навеска, а для рентгеновского анализа глинистая фракция в виде суспензии осаждалась на предметные стекла [2]. Осаждение суспензии на стекла позволяет кристаллам минералов укладыватся своей плоскостью параллельно поверхности стекла. В результате образуется монокристаллическая поверхность, состоящая из множества мелких кристаллов, уложенных параллельно друг другу. Подготовленный таким способом образец имеет название «ориентированный препарат». Ориентированный препарат позволяет при дальнейшем рентгенографическом анализе получать рентгенограммы с усиленными базальными рефлексами и значительно упрощённым дифракционным спектром [2,3].

Дифракционно-термический анализ выполнен на дериватографе типа OD-102/1 системы F. Paulik, производства DYH по двум образцам воздушно-сухой навески глинистой фракции АПГ с глубин 8,9 и 12,0м. По результатам термического анализа построены термограммы (рис. 1, 2), на которых отмечены термоэффекты и изменение массы при увеличении температуры нагрева образцов.

Рис. 1. Термограмма, снятая с образца АПГ с глубины 8,9м.

Рис. 2. Термограмма, снятая с образца АПГ с глубины 12,0м.

После проведения опыта остаточная масса образца с глубины 8,9м составила 91,2%, образца с глубины 12,0м - 83,68%. Наличие на обеих термограммах эндопика при температуре 750-780°С и существенной потери массы 7,61 и 9,80% свидетельствует о наличии большого количества гидрослюдистых минералов. Но пик в интервале температур 700-800°С погашает возможное проявление каолинита. Пики 460 и 490°С при потере массы 3,86 и 1,84% соответственно, указывают на присутствие каолинита в количестве около 5-10%. В меньшем количестве присутствует хлорит. На обеих термограммах он выявляется температурными пиками 391 и 399°С при потере массы 0,61 и 0,87%, что указывает на содержание хлорита до 3-5% [2].

Дифракционно-термический анализ показал наличие таких минералов как гидрослюда, каолинит и хлорит. Минералов с раздвижной кристаллической решеткой (типа монтмориллонита) не выявлено.

Исследования рентгенографическим методом проводились на рентгеновском дифрактометре общего назначения ДРОН-7,0 по трем образцам для качественного и количественного анализа глинистой фракции АПГ.

Исследование каждого образца АПГ проводилось по трем ориентированным препаратам, имеющим одинаковую плотность суспензии и толщину на поверхности стекла. Первая дифрактограмма снималась с естественного ориентированного препарата (а), вторая - с прокаленного при 600 оС в течение 1 часа (б), третья - с ориентированного препарата, насыщенного глицерином (в). На рисунках 3,4 и 5 дифрактограммы отмечены как а, б и в соответственно. Двух видов обработки препаратов вполне достаточно для качественного и полуколичественного определения основных породообразующих глинистых минералов, таких как каолинит, гидрослюды, монтмориллонит и хлорит.

На дифрактограммах (рис.3-5 а), снятых с естественных препаратов, отмечается наличие базальных рефлексов первого порядка I, которые указывают на присутствие в глинистой фракции гидрослюды (1=9,80-11,9 А), каолинита (1=7,00-7,15 А) и хлорита (1=13,64-14,86 А). На дифрактограммах, насыщенных глицерином, не отмечается резко выраженных пиков выше 10,0-11,0 А, что свидетельствует об отсутствии минералов с раздвижной кристаллической решеткой типа монтмориллонита.

10.05

4

6

8

10

П

16

18 20 22 26 28 3

2вСи

Рис. 3. Дифрактограммы, снятые с образца с глубины 6,5м

10.68

2дСи

Рис. 4. Дифрактограммы, снятые с образца с глубины 8,9м

10.05

Рис. 5. Дифрактограммы, снятые с образца с глубины 12,0м

Определение количественных параметров осуществляется по соотношению интегральных интенсивностей (площадей пиков) основных базальных рефлексов монтмориллонита, гидрослюды, каолинита и хлорита, полученных путем съемки трех ориентированных препаратов одного образца (естественный, прокаленный, насыщенный).

В глинистой фракции кроме глинистых минералов в качестве примесей встречаются кварц, цеолиты, гидроокислы железа и алюминия, аморфные образования и др. Рекомендуется условно допускать, что их содержание составляет 10 %.

Результаты рентгенометрического анализа приведены в таблице 1 , из которой видно, что преобладающим минералом в глинистой фракции АПГ является гидрослюда (от 72 до 81 %).

Таблица 1

Результаты расшифровки рентгенограмм по образцам АПГ

№образца, метод осаждения ориентир. препарата Интегральная интенсив-ность пика хлорита 1хл., д.ед. Интегральная интенсив-ность пика каолинита 1к., д.ед. Интегральная интенсив-ность пика гидрослюды 1гд., д.ед. Содерж. хлорита, % % ,а т и н о ч о С % ы д лс О диг ч о С

6,5 — 0,96 1,40 — 13,17 76,83

8,9 0,11 0,80 1,44 1,52 11,27 77,20

12,0 0,13 0,53 0,64 3,63 14,80 71,55

Рентгенометрический анализ показал наличие различных смешанослойных минералов. На дифрактограмме «б», снятой с препарата, насыщенного глицерином, базальные отражения гидрослюды не изменилось по сравнению с естественным и прокаленным образцами. Это означает, что минералы с раздвижной кристаллической решеткой отсутствуют. Отсутствие в вещественном составе глинистой фракции АПГ минералов с раздвижной кристаллической решеткой типа монтмориллонита указывает на то, что набухающие свойства АПГ связаны с их первичным переуплотненным состоянием в пределах грунтового массива.

Литература:

1. Шлыков В.Г. Рентгеновский анализ минерального состава дисперсных грунтов. / Отв. ред. Соколов В.Н. - М.: ГЕОС, 2006. - 176 с. : ил.

2. Ананьев В. П., Коробкин В. И. Минералы лессовых пород - Изд-во Ростовского университета, 1980. - 200 с.

3. Бойков А.А., Талпа Б.В. Реликтовые глины в нижнее-среднеюрских аргиллитах Северо-Западного Кавказа // Актуальные проблемы региональной геологии, литологии и минералогии. - Изд-во ООО «ЦВВР», Ростов-на-Дону, 2005. - С. 5-14.

4. Рентгенофазовый анализ: методические указания по дисциплине «Физико-химические методы исследования» / Сост. Л.Н. Пименова. - Томск : Изд-во. Том. архит.-строит. ун-та, 2005. - 14 с.

5. Рентгеновские методы определения минералов глин: Пер. с англ. / Под ред. В.А. Франк-Каменецкого. - М.: Изд-во иностр. лит., 1955. - 402 с.