Вещественный состав аргиллитоподобных глин района г. Большой Сочи

Аннотация

А.А. Хмелевцов

В данной статье приведены результаты исследования вещественного состава глинистой фракции аргиллитоподобных глин. Исследования проводились на современной аппаратуре дифракционно-термическим и рентгеновским методами. Произведен анализ полученных дифрактограмм, определено качественное и количественное содержание глинистых минералов, таких как гидрослюда, каолинит и хлорит в процентном соотношении. Минералов с раздвижной кристаллической решеткой в глинистой фракции АПГ не обнаружено, что указывает на связь набухающих свойств с переуплотненным состоянием.
Ключевые слова: Аргиллитоподобная глина, инженерная геология, каолинит, гидрослюда, хлорит, рентгенограмма, термограмма, ангстрем, дифракционный пик.

25.00.08 - Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

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 J, которые указывают на присутствие в глинистой фракции гидрослюды (J=9,80-11,9 Å), каолинита (J=7,00-7,15 Å) и хлорита (J=13,64-14,86 Å). На дифрактограммах, насыщенных глицерином, не отмечается резко выраженных пиков выше 10,0-11,0 Å, что свидетельствует об отсутствии минералов с раздвижной кристаллической решеткой типа монтмориллонита.

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

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

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

Рентгенометрический анализ показал наличие различных смешанослойных  минералов. На дифрактограмме «в», 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.