4.4 Характеристика подстилающих горных пород

В качестве покоренных являются в основном породы морского происхождения - опоки, мергеля, мела, кварцево-глауконитовые пески с фосфоритами, альбские слюдистые суглинки [30].

Опока - легкая, твердая, тонкопористая кремнистая горная порода, богатая (до 97 %) аморфным кремнеземом, с примесью песка и глинистых частиц. Цвет от светло-серого до темно-серого. Образование опоковых толщ связано с накоплением в них биогенного кремнезёма. Источниками кремнезёма являются растворившиеся спикулы морских губок, кремнистые остатки разрушившегося на дне глинистого вещества, а также кремнезем, поступающий из пород, перекрывающих опоки. В породе иногда присутствуют плохо сохранившиеся остатки раковин диатомовых водорослей и спикул губок. От сходных по составу трепелов опока отличается большей однородностью и раковистым изломом. Чистые разновидности опоки характеризуются высокими адсорбционными свойствами.

Опоки могут встречаться в двух видах: меловых и диатомовых.

Меловые опоки под микроскопом обнаруживают близкое к третичным строение. Они состоят из опалового кремнезёма (основная масса) остатков радиолярий, а также иглы губок, тонкое глинистое вещество и обломочный материал (кварц, полевые шпаты, слюда, глауконит).

Диатомовые опоки распространены среди верхнемеловых осадков.

В пределах Европейской части России зачастую вместе с опокой встречаются трепела.

Трепел - тонкопористая осадочная горная порода, сложена мельчайшими неправильной формы частицами опала диаметром от 0,001 до 0,003мм, среди которых распределены зёрна кварца и тонкие пластинки слюды. Лишена органических остатков. Опоки, залегающие совместно с трепелами, образовались в один из более ранних периодов изменения трепельной толщи, когда в трепеле существовали ещё остатки организмов.

Трепел образовался путём изменения ила, обогащенного кремневой фауной и флорой, возможно, близко к диатомовым илам. Трепел перекрывается песками, обеспечивающими хорошую фильтрацию, в результате чего создавались благоприятные условия для растворения некоторых элементов и перемещения кремнезема в толще трепельных отложений опоки. В нижней части опокотрепельная толща подстилается белым мелом, в верхней содержит отдельные конкреции и прослойки серых, слегка зеленоватых кремней в виде щебня и валунов.

К группе карбонатных осадочных пород, распространенных в природе, относятся известняки, мела, доломиты, мергеля.

Известняки имеют органогенное и химическое происхождение и состоят из кальцита. Органогенные известняки состоят из известковистых скелетов и остатков раковин животных и растений. В зависимости от преобладания остатков тех или иных организмов, различают известняки криноидные, фузухиновые, нуммулитовые, мшонковые, корраловые и др. Известняки, состоящие из целых раковин, называются ракушечниками, из битых - детритусовыми.

К органическим известнякам относится и мел.

Мел - тонкозернистый, мягкий, белый известняк, состоящий из карбоната Са природного происхождения, т.е. мелких обломков и целых известковых скелетов микроорганизмов (кокколитов – 70…90 %), фораминифер (1…20 %) и др. В меле встречаются раковины моллюсков, скелеты морских ежей, лилий, кремниевых губок, кораллов.

Химический состав мела, %: СаО – 50…53; МgО - О,2…0,3; А1₂O₃- 0,2…4,0; Fe₂O₃+FeO - 0.02…0.7; СO₂ – 40…43; SiO₂ - 0,5…6,0.

Минеральный состав мела, %: кальций (СаСО3) – 90…99; кварц – 0,2…0,6; глинистые минералы – 1…8;опал - 0,01…0,7; пирит - 0,01…0,1; цеолит - 0,01…0,5; глауконит - 0,1…0,5; барит - 0,0.1

Физические свойства мела: плотность твёрдой фазы - 2,70…2,72 г/см³; плотность…I,42…1,56 г/см³; пористость – 45…50 %; влажность естественная – 30… 33 %.

Меловые отложения зачастую вскрываются элементами рельефа при эрозионных процессах (правобережье Десны, склоны оврагов). В некоторых случаях их близкое расположение к поверхности и участие в сложении почв объясняется вскрытием их во время действия ледниковых процессов (район г. Фокино).

Почвы, формирующиеся на меловых отложениях - дерново-карбонатные, перегнойно-карбонатные, дерново-подзолистые или дерновые. Аналогичные почвы формируются и на мергелях.

Мергель - осадочная горная порода, переходная от известняков и доломитов к глинистым породам; содержит от 50 до 80 % СаСО₃ и MgCO₃, от 20 до 30% глинистого материала. Карбонатная часть образуется вследствие химического и биохимического осаждения из раствора карбоната кальция, а также накопления органических осадков.

Мергели подразделяются на три основные группы: собственно мергели с содержанием карбоната кальция 50…75%, известковые мергели, у которых содержание СаСО₃ изменяется в пределах 75…95% и глинистые мергели с содержанием карбонат кальция 25…50%.

Типичные мергели представляют собой разнородную по структуре, очень мелкозернистую породу, состоящую из смеси глинистых частиц и часто обладающую во влажном состоянии известной пластичностью. Они тонкозернистые, мягкие, камневидные породы, окрашены в светлые тона: желтоватые, зеленоватые, сероватые. Мергель имеет запах глины. При действии с HCI вскипает. Легко выветривается и распадается на мелкие угловатые обломки. В качестве примеси в них присутствуют органические остатки, зерна кварца и других минералов, сульфаты, окиды железа, глауконит и т.д. Под микроскопом мергели обнаруживают алевритовую или, реже, псаммопелитовую структуру, свойственную некоторым глинам и характеризующуюся присутствием песчаных и алевритовых частиц на фоне основной тонко зернистой массы, состоящей из смеси глинистых частиц и карбонатных зерен.

Мергели образуются в областях одновременного отложения глинистого и карбонатного материала. Районы их образования располагаются обычно ближе к области сноса чистых карбонатных пород. Мергели также часто встречаются среди континентальных отложений (особенно часто озерных), в пресноводных лагунах и морских бассейнах нормальной солености.

Крупные отложения мергеля имеются на Черноморском побережье Кавказа, на Брянщине - к югу от Погара, в районе Выгонич.

Глауконитовый песок образуется в основном в прибрежных зонах морей, на небольших глубинах, где создаются условия для рождения минерала глауконита (от греч. глаукос - синевато-зелёный). Минерал может возникнуть также за счёт диагенетического превращения алюмосиликатного и железистого материала илов (биотита, роговых обманок и пироксенов), полевых шпатов, глинистых минералов и др., а также за счёт синтеза из коллоидных растворов (с поглощением ионов К из вод илов). Известны образования глауконита в коре выветривания горных пород и в почвах, а также за счёт изменения основных пород гидротермальными и холодными растворами. Глауконит чаще всего встречается в смеси с кварцевым песком в любых пропорциях (до 50 %).

Насыщенный цвет минерала объясняет синевато-серо-зелёный цвет глауконитовых песков.

Химический состав непостоянен. Колебания основных составных частей глауконита в %: SiO₂ - 45,0…58,65; МgО - 1,77…6,22; А1₂O₃ - 0,56…20,39; СаО - 0,2…5,43; Fe₂O₃ - 6,42 …27,0 К₂О - 2,07…7,58; Fe₂О - 0,49…9,58; Na₂O - 0,01…3,34; H₂O - 5,70…13,70.

Кристаллическая структура минерала - трёхслойный пакет, близкий к структуре слюды и монтмориллонита. Обладает высокой способностью к катионному обмену. В условиях выветривания глауконит неустойчив и разлагается с образованием гидроксидов Fе и SiO₂. В классическом выражении глауконитовые пески всегда сопровождают включения из желваков фосфоритов.

Хорошие лесорастительные свойства этой породы объясняет высокое содержание железа, калия и фосфора.

Альбский слюдистый суглинок имеет валовый состав окислов в % на сухую породу: SiO₂ - 75,2; Fe₂O₃ - 5,3; Al₂O₃ – 16,9; P₂O₅ – 0,06; CaO – 3,0; MgO – 0,3; K₂O – 0.1; R₂O₃ – 20,5 %, имеет грязно-зелёный цвет с блёстками слюды (по данным Смирновой М.Ю.).

Кроме названных горных пород, которые могут быть почвообразующими, встречается элювий и делювий вышеперечисленных пород, а также крайне редко эоловые пески и супеси.