Закономерности изменения состава, структуры и свойств каолиновой и монтмориллонитовой глин при высоких давлениях

Хлуденева Татьяна Юрьевна

Закономерности изменения состава, структуры и свойств каолиновой и монтмориллонитовой глин при высоких давлениях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.08, кандидат наук Хлуденева Татьяна Юрьевна

Хлуденева Татьяна Юрьевна
кандидат наук
2019

Специальность ВАК РФ25.00.08

Количество страниц 148

Хлуденева Татьяна Юрьевна. Закономерности изменения состава, структуры и свойств каолиновой и монтмориллонитовой глин при высоких давлениях: дис. кандидат наук: 25.00.08 - Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение. ФГБОУ ВО «Уральский государственный горный университет». 2019. 148 с.

Оглавление диссертации кандидат наук Хлуденева Татьяна Юрьевна

Введение

Глава 1 Рассмотрение вопроса по влиянию техногенного воздействия

на изменение состава, структуры и свойств глин

1.1 Современные представления о глинистых минералах

1.2 Влияние техногенного воздействия на изменение агрегатного

состава, структуры и свойств глин

Глава 2 Закономерности изменения гранулометрического состава глин,

обработанных высоким давлением

2.1 Методика исследования

2.2 Влияние давления на изменение фракционного состава глин

2.3 Закономерности изменения удельной поверхности глинистых

частиц при высоких давлениях

2.4 Формирование фракционного состава глин, подверженных

давлению

Глава 3 Формирование структуры (дефектности) глинистых частиц

при высоких давления

3.1 Методика исследования

3.2 Влияние давления на изменение минерального состава глин

3.3 Влияние давления на изменение дефектности глин

3.4 Закономерности изменения энергетического потенциала глин

по комплексному показателю

Глава 4 Влияние давления на формирование связанной воды

в каолиновой глине

4.1 Методика исследований

4.2 Закономерности изменения масс связанной воды в глинах,

подверженных стрессовому давлению

Глава 5 Влияние состава и дефектности структуры на формирование

водоудерживающих свойств глин

5.1 Влияние дефектности структуры глин на формирование

водоудерживающих свойств глин

5.2 Влияние удельной поверхности частиц глин на формирование

водоудерживающих свойств глин

5.3 Совместное влияние удельной поверхности частиц и ее

дефектности на формирование водоудерживающих свойств

глин

Заключение

Список литературы

Приложение А Гранулометрический состав каолина

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Закономерности изменения состава, структуры и свойств каолиновой и монтмориллонитовой глин при высоких давлениях»

Введение

Физико-химические свойства глин зависят от группы факторов, определяющих энергетический потенциал на поверхности частиц, и от факторов, формирующих удельную поверхность частиц.

Для формирования энергетического потенциала глин разработаны различные способы их обработки (активации). Так, по данным ученых [Кара-Сал Б.К., Сапелкина Т.В., 2012, Пушкарева Г.И., 2000] при нагревании глин до температур 400-600 °С их сорбционная активность увеличивается за счет высвобождения высокоэнергетических центров на поверхности минерала. При ультрафиолетовой активации глин [Сапронова Ж.А., Лесовик В.С., Гомес М.Ж., Шайхиева К.И., 2015] за счет ослабления связи в кристаллической решетке минералов ионы металлов выходят из октаэдрических позиций. Это способствует увеличению сорб-ционной активности глин в 1,3 раза. Обработка глин ультразвуком приводит к разрушению агрегатов и достройке кристаллической структуры, что повышает сорбционную активность глин [Ничипоренко С.П., Круглицкий Н.Н., Панасе-вич А.А., Хилько В.В., 1974].

Изучению вопроса, касающегося изменения физико-химических свойств каолина, обработанного давлением, посвящено ограниченное число работ. Наиболее детально этими вопросами занимались Косовская и Шутов [1963], Гойло и др. [1966], Range и др. [1969], Франк-Каменецкий и др. [1970, 1983], La Iglesia [1993], Galan и др. [2006].

Так, La Iglesia [1993] установил, что, когда образцы каолина подвергаются давлению в интервале 100-2000 Мпа, размер области когерентного рассеивания d001 (энергетический потенциал) существенно не изменяется, а при давлениях более 4000 МПа эти изменения проявляются. Инфракрасная спектроскопия подтверждает прогрессивное смещение слоев с увеличением давления. Наблюдение с помощью электронной микроскопии сжатых образцов при давлениях 1002000 МПа обнаруживает большое количество дефектов (трещины, изгибы, деформации и прокатки слоев, скольжение и вращение листов и т. д.), которые отвечают за энергетический потенциал каолина. Изменения структуры каолина при

сжатии проявляются в снижении начальной температуры дегидратации. Исследования Galan и др. [2006] показали, что при обработке каолина давлениями до 1 320 МПа, в нем формируются структурные изменения-дефекты. Влияние изо-статического давления в 1,4 раза выше, чем сухого одноосного давления на формирование дефектов. При давлениях 400 МПа среднее значение слоев (кристаллитов) увеличилось с 25 до 36. Исследуя каолин при давлениях 1 500-2 300 МПа Гойло [1966] установил, что стрессовое давление является основной причиной его дефектности. К подобным выводам пришли Франк-Каменецкий и др. [1970, 1983], Болдырев [2006] и др. Под воздействием давления каолинит может трансформироваться в диккит, калиево-полевые шпаты и др. [Ehrenberg S.N. и др., 1993, Kossovskaya и др., 1963].

Формирование удельной поверхности частиц напрямую связано с вопросами образования микроагрегатов в грунтах [Осовецкий Б., 1993; Осипов В., Соколов В., 2013; Савко А., 2015]. Так, в работах ученых [Кривошеева З. и др., 1977; Осовецкий Б., 1993] представлена информация по формированию гранулометрического и микроагрегатного состава сырых глин в процессах их природного образования и преобразования. В работах [Середин В. и др., 2013; Середин В., 2014] опубликованы данные по сырым глинам, подверженным техногенному воздействию растворами MgCl2, CaCl2, KCl и NaCl. Авторы пришли к выводу, что процесс агрегации связан с концентрацией солевого раствора и минеральным составом частиц.

Влиянием механического фактора, например, давления, на формирование агрегатов в дисперсных сырых грунтах занимались многие ученые [Кривошеева З. и др. 1977; Стефани В. и др., 2014; Friedlander L. и др., 2016]. Проведенные исследования [Сергеев Е., 1946] показали, что при давлениях до 200 МПа наблюдается незначительное изменение агрегатного состава грунтов. При давлении до 300 МПа в грунте содержание тонкой песчаной фракции увеличилось от 13% до 51%, пылеватой - от 5% до 23%, а глинистой - от 2,15% до 5,42%. При испытании покровных суглинков давлением Р=2 000 МПа и Р=3 660 МПа получены аналогичные результаты [Сергеев Е., 1946]. На основании экспериментальных исследо-

ваний разрабатываются методики прогноза гранулометрического состава грунтов не только земных [Бойко В. и др., 2009], но и лунных грунтов [Королёв В., 2016].

Из приведенного видно, что вопросы влияния давления на образование микроагрегатного состава, энергетического потенциала и, как следствие, физико-химических свойств глин представляют значительный интерес.

Поэтому целью работы является исследование закономерностей изменения состава, структуры и свойств глин, подверженных высоким давлениям.

Под терминами «изучение состава» понимается изучение гранулометрического состава глин, «структура» - изучение дифрактометрических параметров кристаллической решетки минералов каолинита и монтмориллонита, а под термином «свойства» - изучение водоудерживающей способности глин, то есть их физико-химических свойств.

Идея работы заключается в том, что при обработке глин высоким давлением, в ней (глине) изменяется состав и структура, которые формируют физико-химические свойства грунта.

Задачи исследований:

1. Изучить закономерности изменения гранулометрического состава (удельной поверхности) глин, подверженных высокому давлению.

2. Изучить закономерности изменения дефектности (дифрактометрических показателей) глин, подверженных высокому давлению.

3. Изучить влияние удельной поверхности и дефектности частиц на формирование водоудерживающей способности глин.

Защищаемые положения:

1. Закономерности изменения состава глин заключаются в том, что с увеличением давления на глину наблюдается общая тенденция уменьшения содержания глинистой и увеличения пылеватой фракций и, как следствие, уменьшение площади удельной (активной) поверхности частиц. Эти изменения связаны с процессами агрегации и диспергации глинистых частиц.

2. Закономерности формирования структуры (дефектности) глинистых частиц заключаются в том, что при обработке глин высоким давлением структура

(дефектность) каолинита и монтмориллонита изменяется разнонаправленно, что обусловлено особенностями строения их кристаллической решетки. Степень изменения структуры глин, связана с интенсивностью протекающих в них (глинах) процессов деформирования и прокатки структурных пакетов, скольжения и вращения тетраэдрических и октаэдрических листов.

3. Формирование водоудерживающих свойств глин, подверженных высокому давлению, обусловлено дефектностью структуры, удельная поверхность частиц имеет подчиненное значение в этом процессе.

Объектом исследования являются четвертичная каолиновая глина Нижне-Увельского месторождения Челябинской области и Лобановская аргиллитопо-добная монтмориллонитовая глина шешминского горизонта верхней Перми.

Методы исследований: эмпирические (наблюдение и эксперимент), геологические и вероятностно-статистические.

Научная новизна состоит в том, что в данной работе впервые исследовано влияние высокого давления на изменения состава и свойств каолиновой и монт-мориллонитовой глин. Выявлены закономерности изменения удельной поверхности глинистых частиц, формирования энергетического потенциала (дефектности) глинистых частиц и формирование связанной воды в глинах, подверженных высокому давлению.

Достоверность научных результатов и выводов подтверждена комплексными лабораторными исследованиями. Всего проведено 1364 опыта в лаборатории. Обработка полученного материала производилась с помощью современного математического аппарата.

Личный вклад автора. Экспериментальные исследования состава и свойств грунтов выполнены при участии автора. Кроме того, лично автором сформулированы цели и задачи исследований, выполнены научные обобщения, построены графические и математические модели, отражающие изменения состава, структуры и свойств глин, подверженных высокому давлению.

Практическая ценность результатов заключается в том, что обработка глин высоким давлением, как самостоятельная технология, так и совместно с дру-

гими способами их активации, позволяет создавать грунты с заданными свойствами, то есть управлять свойствами глинистых грунтов. Так, обработка каолина давлением повышает силу адгезии в 3.5 раза, водоудерживающих свойств на 13%, сорбционная способность монтмориллонитовой глины возрастает на 24%. Поэтому глины, обработанные давлением можно использовать в качестве добавок при крекинге нефти, буровых растворов, в керамической и бумажной промышленности и др.

При высотном строительстве (50-80-этажном) нагрузка на грунт может составлять 10-20 МПа, а точечная может достичь 100 МПа. Поэтому необходимо учитывать изменение состава, строения и, как следствие, прочностных и деформационных свойств грунтов основания сооружений.

Апробация работы и публикации. Материалы работы докладывались и обсуждались на конференциях: «Геология в развивающемся мире», Пермь, 20142018; «Геология и полезные ископаемые Западного Урала», Пермь, 2015-2018, «Современные технологии в строительстве. Теория и практика», Пермь, 2017, «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации», 2018. Основные положения диссертации изложены в 6-ти научных статьях, опубликованных в журналах, рекомендованных ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация объемом 149 страниц состоит из введения, 5-ти глав, заключения и списка литературы, содержащего 108 наименований. Работа содержит 23 рисунка и 7 таблиц.

Автор выражает благодарность за помощь научному руководителю, д.г.-м.н., профессору В.В. Середину, а также всему коллективу кафедры инженерной геологии и охраны недр Пермского государственного национального исследовательского университета. Благодарим профессора Осовецкого Б.М., руководителя сектора «Нанотехнологий» ПГНИУ, на оборудовании которого получена экспериментальная информация (номер аттестата аккредитации Сектора наноми-нералогии: РОСС RU.0001.518896).

Глава 1 Рассмотрение вопроса по влиянию техногенного воздействия на изменение состава, структуры и свойств глин

1.1 Современные представления о глинистых минералах 1.1.1 Структура глинистых минералов

Первичными «строительными микроблоками» слоистых минералов глинистой фракции являются две разновидности октаэдров (алюминиево-кислородно-гидроксильные - гиббситовые и магниево-кислородно-гидроксильные - брусито-

Л_

вые) и кремнекислородные тетраэдры. Через общие анионы О , либо ОН-, они группируются в октаэдрические и тетраэдрические слои [Япаскурт О.В., 2008]. Комбинирующиеся слои образуют пакеты, разнящиеся по своему строению у минералов разных групп и видов: двуслойные (1:1) в каолинит-серпентиновой группе, трехслойные (2:1) в группах смектитов, слюд и др., многослойные в группе хлоритов, перемежающейся бруситовым слоем между каждыми соседними пакетами (2:1). В упомянутых выше комбинациях минералов в зависимости от валентности элемента для взаимного уравновешивания электрических зарядов в кристаллической решетке катионы октаэдрических слоев располагаются с разной степенью их наполнения. Трехвалентные металлы гиббситовых слоев - A1 или изоморфно заместивший его ион Fe3+ - заполняют лишь две из трех рядом находящихся октаэдрических ячеек; двухвалентные Mg2+ и Fe2+ бруситовых структур занимают все три из трех возможных позиций.

В первом случае минерал именуется диоктаэдрическим, а в последнем -триоктаэдрическим. Разности присущи всем группам минералов с глинистыми фракциями, а среди хлоритов, кроме того, встречаются смешанные (ди-триоктаэдрические) формы, у которых валентности катионов внутри пакета 2:1 и внутри межпакетного октаэдрического слоя не одинаковы.

3~ь 9+

Упомянутый выше изоморфизм А1 - Fe и Mg - Fe весьма распространен (в особенности, в группах смектитов, слюд и хлоритов) и является важным классификационным и генетическим признаком, который отражает либо уникальность минерала, так называемого «хозяина», из которого образовался данный индивид,

либо разновидностью раствора, обусловившего его формирование. Вышесказанное касается изоморфизма внутри октаэдрических ячеек. Несколько реже фиксируются изоморфные замещения Si4+ на А13+ в тетраэдрических ячейках. Данный процесс является следствием либо повышенного температурного режима при формировании минералов, либо изменением рН среды. Изучение процесса очень важно при стадиально-геоминералогических исследованиях.

Политипия, важная генетическая особенность глинистых минералов, описывает существование кристаллических структур одного анионно-катионного состава, образованных одними и теми же по своей внутренней структуре пакетами слоев, но отличающихся по способам взаимной ориентировки (например, поворотами пакетов на ±60° или ±120°, или в форме «винтовой лестницы» вокруг кристаллографической оси с, либо смещениями пакетов друг относительно друга по другим кристаллографическим осям). Политипия во многом отражает Р-Т обстановки среды присутствия минерала, а потому, не менее чем изотопия, представляет интерес для исследования.

Еще одно частное свойство кристаллической структуры глинистых минералов - их способность формировать многообразные смешаннослойные образова-ния, когда в пределах единого кристалла чередуются в разных количественных соотношениях и с разной степенью упорядоченности пакеты слоёв разного типа (слюды-смектиты; смектиты-хлориты и прочие). Смешанослойные минералы формируются в результате процессов трансформации кристаллических микро-структур.

Таким образом, разнообразие типоморфных особенностей минералов, содержащихся в глине, несёт определенную, не до конца еще изученную, информацию о физико-химических и термобарических условиях сред седиментации и постседиментационного изменения горных пород.

1.1.2 Каолинит-серпентинитовая группа

Группа представлена минералами с наиболее простыми формами строения кристаллических решёток (1:1). Двухслойные пакеты расположены друг относительно друга так, что группа ОН (основания каждого октаэдрического слоя) нахо-

дится напротив анионов О2- в вершинах тетраэдрического слоя соседнего нижележащего пакета. При общем параметре каолинитовой решетки (ее межслоевым расстоянием) около 7А, промежуток между двуслойными агрегатами немногим больше 2А.

Аналоги каолинита, диккит и накрит, обладают одинаковыми с ним химическими формулами, но отличаются положением пакетов друг относительно друга вокруг кристаллографической оси с. В дикките этот разворот составляет ±120°, а в накрите ±60°. Для образования диккита и накрита нужна тепловая активизация (Г>200 °С на стадии метагенеза, либо при эндогенно-гидротермальном прогреве породы); диккит и накрит - это полиморфные модификации каолинита.

Аналог диккита и накрита - галлуазит, распространен в корах выветривания (пирокластические осадки кислого состава). Межплоскостное расстояние галлуа-зита больше 7А, что позволяет между пакетами располагаться молекулам Н2О. В решётке существует попеременное смещение слоев с одной и той же азимутальной ориентировкой, по оси в на ±в/3 слоя. При нагревании его «удлиненные» кристаллы трансформируются в трубочки.

Минералы группы серпентина являются гомологами каолинитовых минералов и отличаются от остальных тем, что в центре их октаэдрических ячеек вместо катионов алюминия находятся двухвалентные катионы Mg2+ или Fe2+. Они заполняют три ячейки из трех возможных, поэтому такая разновидность минералов относится к категории триоктаэдрических.

Диоктаэдрические каолиниты более всего развиты на континентальных, а триоктаэдрические серпентиниты - на океанических структурах земной коры.

Формирование каолинита реализуется непременно под воздействием растворов с низкими значениями рН. Они обеспечивают интенсивный вынос из материнских пород большинства катионов, кроме А13+ и Si4+. Самые благоприятные условия возникают в субстрате торфяников, который насыщен водой, а также продуктами разложения органических веществ (ОВ), а именно гуминовыми и другими кислотами. В корах выветривания, образующихся в тропическом гумид-ном климате и в фумарольных полях с кислыми гидротермами, при помощи хемо-

генных способов появляются и вызревают хорошо окристаллизованные каолини-товые агрегаты. Затем, при эрозионно-денудационных геологических процессах, частицы каолинита транспортируются водой или ветром как пелитовый терриген-ный материал. Он может, в конечном счете, достигнуть морской и даже океанской акватории, где примкнет к иным осадочным компонентам. Но, попав в чуждую ему щелочную среду, каолинит начинает как бы «чувствовать себя неуютно», что сказывается на признаках дефектности его кристаллической структуры.

Дриц В.А. и Коссовская А.Г. (1984), ссылаясь на кристаллохимические исследования Викуловой М.Ф. (1973) и Б.Б. Звягина, писали, что при переходе от континентальных к морским осадкам происходит весьма интенсивное разупоря-дочение структуры каолинита за счет смещений слоев вдоль оси в на ±в/3. Шутов В.Д. (1966) тоже показал, что в фациальной распространенности каолинитов с разной степенью упорядоченности наблюдается два отчетливых максимума: один - кора выветривания, где распространены наиболее упорядоченные каолиниты, и другой - морские отложения, где доминирует полностью неупорядоченный тип (Шутов, Александрова, Лосневская, 1966).

Ещё одна область зарождения каолинита - это зоны диагенеза илов пресноводных озёр и опресненных лагун или лиманов, при условии перенасыщенности этих осадков сапропелевым ОВ, которое при постседиментационном преобразовании выделяет органические кислоты и газы СО2, СН4, МНз и др., влияя тем самым на существенное снижение рН в иловых растворах.

Третья область каолинизации - это участки регрессивно эпигенетических (наложенных) изменений преимущественно песчаных пород, которые залегают на глубинах 0,5-4,0 км во впадинах, претерпевших тектонические перестройки своей структуры (локальные инверсионные поднятия или др. смещения пластов). Упомянутые перестройки обусловливают изменение гидрогеологического режима и усиливают вероятность проникновения в песчаный пласт чужеродных по своему химизму вод. Если вода обладает повышенной кислотностью (что случается при близости нефтяных залежей или скоплений твердых битумов, или по каким-то иным причинам), то, входя в соприкосновение с минеральными компонентами

песчаника, эти воды стимулируют развитие аутигенного каолинита в его цементе. Таких образований очень много в породах мезозойского чехла ЗападноСибирской плиты (Лебедев, 1992; Япаскурт, 2005).

Во всех вышеотмеченных случаях механизмы формирования каолинита осуществляется одним из трёх способов:

1 - трансформациями крупночешуйчатых терригенных слюд либо тонкочешуйчатых иллитов и иных глинистых минералов;

2 - метасоматическим замещением (частичным или полным) обломочных полевых шпатов и др. силикатов;

3 - синтезом кристаллических агрегатов из раствора, заполнившего поровые ячейки, куда диффундировали Si4+ и А13+ от минералов-доноров.

Процесс формирования оставляет за собой информацию в виде морфологических признаков каолинитов, легко опознаваемыми при микроскопических наблюдениях. Синтезируемые из раствора кристаллы имеют правильные шестигранные контуры и группируются в упорядоченные агрегаты в формах «столбика монет» либо «червеобразных сростков». Метасоматические новообразования внедрены вростками внутри замещаемого ими минерала (у плагиоклазов, например, это заметно даже в оптическом микроскопе). А трансформационные новообразования замещают исходный минерал с нерезкими границами как бы «послойно» (вдоль плоскостей спайности или др. кристаллографических направлений), и при полной каолинизации контур первоначального минерального зерна сохраняется без изменений.

Все вышеупомянутые процессы осуществляются, таким образом, на разных стадиях осадочного цикла: гумидного гипергенеза, субаэрального диагенеза (торфяники, подпочвы), субаквального диагенеза (осадки озёр, лагун) и катагенеза, осложнённого регрессивно-эпигенетическими процессами; а также под воздействием кислых гидротерм в областях магматизма. Всюду присутствие воды и низкие значения рН являются необходимыми условиями, но генезис вод может быть самым разным: атмосферные, иловые диагенетические, элизионно-катагенетические, включая нефтяные; различные эндогенные гидротермы.

Стадиальные преобразования каолинита внутри осадочной оболочки при Т>200 °С (т.е. на стадии глубинного катагенеза и на стадии анхиметаморфизма, или метагенеза) приводит к преобразованию этого минерала в диккит. Данную трансформацию можно выявить только прецизионными методами. Впервые стадиальную трансформацию каолинита проследили В.Д. Шутов с соавторами (1966) на примере изучения разрезов семейства кварц-каолиновых пород палеозоя и ри-фея юго-восточных районов Русской плиты ВЕП. В исследовании зафиксировали направленный процесс вызревания диккита, проходящий через серию смешано-слойных сростков каолинит-диккит, с постепенным убыванием каолинитовой составляющей сверху вниз по разрезу. Аналогичные трансформации были вскоре выявлены В.Д. Шутовым и Т.В. Долматовой в палеозойских угленосных формациях Карагандинского и Печорского угольных бассейнов, В.В. Еремеевым - в Ки-зеловском бассейне на Урале, Г.В. Карповой (1972) - в зоне антрацитовых углей карбона Донбасса, а И.М. Симановичем вместе с В.В. Костылевой (1994) в девонских песчаных породах на севере ВЕП, возле прибортовых участков внутрикон-тинентальных рифтовых впадин, где выявились палеотемпературные аномалии.

На стадии зеленосланцевого метаморфизма диккит трансформируется в пирофиллит, а затем замещается диоктаэдрической слюдой-серицитом и, в конечном счете, мусковитом. Главное условие этих процессов - термальные растворы с Т>400 °С, насыщенные катионами К+. Последние извлекаются из минералов-доноров (в основном, из полевых шпатов) песчаных пород и кристаллических туфов. Н.В. Логвиненко (1987) упоминал о случаях запаздывания процессов слюди-зации при дефиците калия, ссылаясь на некоторые сланцы докембрия Украинского кристаллического щита ВЕП, у которых на ранних стадиях метаморфизма минералы каолинитовой группы всё ещё сохранялись.

На предметаморфических стадиях литогенеза (диагенез, катагенез), в случае обилия катионов Fe2+, каолинит способен трансформироваться в триоктаэдриче-ский минерал серпентинового ряда - бертьерин.

1.1.3 Группа смектитов (монтмориллонит)

Это одна из самых распространенных в верхних слоях осадочной оболочки Земли и самых изоморфно изменчивых категорий слоистых силикатов. Смектиты особенно интересны тем, что характеризуются легкостью трансформаций и эфемерностью кристаллической структуры, чутко реагирующей на малейшие изменения окружающей среды.

Смектиты представлены множеством разновидностей, отличающихся друг от друга формульным составом и деталями структурно-кристаллохимических характеристик (монтмориллониты, бейделлиты и нонтрониты).

Общим свойством для этой группы минералов является их способность к внутрикристаллическому набуханию при смачивании. Молекулы воды совместно с обменными катионами №+, Ca+, Mg2+ и др. и молекулами ОВ способны легко проникать в межпакетное пространство кристалла смектита, раздвигая их на 2,0-3,5 А, которые не имеют между собой столь прочных связей, какие свойственны каолинитам, слюдам и др. минералам.

Каждый смектитовый пакет (тип 2:1) состоит из комбинации двух тетраэд-рических листов и одного промежуточного между ними - октаэдрического листа. Такая конструкция пакетов исключает наличие водородных связей между ними, поэтому кристаллическая структура смектитов лабильна.

Условия формирования. В осадочных отложениях господствуют диокта-эдрические разности этих минералов. Триоктаэдрические смектиты до недавнего времени к породообразующим не относились, но новые сведения заставили пересмотреть это мнение. Оказалось, что эти минералы широко развиты в продуктах гидротермально-гальмиролитического преобразования базальтоидов океанского дна. Кроме того, стали известными сведения о том, что триоктаэдрические магнезиальные смектиты характерны для осадков высокоминерализованных эвапорито-вых бассейнов - таких, как озера содового типа западных штатов США и Восточной Африки. Таким образом, эти минералы полигенетичны.

Диоктаэдрические смектиты еще более полигенетичны. Их можно встретить в корах выветривания, в почвах, в осадках озер, морей, океанов и среди про-

дуктов наземных и подводных гидротерм. Обобщив все это, В.А. Дриц и А.Г. Коссовская (1985) пришли к заключению, что для материковых блоков земной коры наиболее характерны А1- и А1-Бе-смектиты; для пелагиали осадочного слоя океанов Fe-Al-смектиты (формирование которых связывается с разложением базальтовой кластики); для металлоносных осадков рифтовых областей морей и

р 3+

океанов свойственны нонтрониты, или высокожелезистые Fе -смектиты.

Предложенная вышеупомянутыми учёными кристаллохимическая классификация смектитов основана на двух параметрах: величине слоевого заряда и степени железистости. В составе диоктаэдрических разностей смектитов выделяются: собственно монтмориллониты, бейделлиты и нонтрониты.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Хлуденева Татьяна Юрьевна, 2019 год

/ \

о Ч

а -р f

30 40 50 60 70 80 90 100 1 Р, МПа 0 120 130 30 40 50 60 70 80 90 1 00 1 1 0 1 20 1 30 Р, МПа

а б

Рисунок 23 - Поля корреляции между степенью влияния 7Мк и Р (а),

а также 7§уд и Р (б)

Из рисунка 23 видно, что влияние ZSYi4 на формирование Шо в пределах давлений Р=0-70МПа составляет около 30%, а ZMk соответственно около 70%. В диапазоне давлений Р=70-150 МПа влияние ZS^ уменьшается до 5%, а влияние ZMk возрастает до 95%.

Данные изменения ZS^ и ZMk от Р можно объяснить следующим образом: при давлениях до 70 МПа наблюдается общий процесс агрегации глинистых частиц, вследствие которой (агрегации) уменьшается удельная (активная) поверх-

2 2 3

ность частиц с Sуд=4 750 мм до Sуд=4 000 мм (площадь рассчитывалась на 1 мм глин), что приводит к снижению водоудерживающей активности глин на 30%. Наряду с процессом агрегации в глине протекают деформационные процессы, которые проявляются в виде изменений кристаллической решетки минералов (дефектов в структуре пакетов, несовершенства структуры и т.д.), а также процессы дробления частиц, которые изменяют морфологию частиц, тем самым формируют энергетически активные центры. Процессы дробления и деформаций повышают энергетический потенциал частиц, тем самым повышают водоудерживающую активность глин, поэтому влияние энергетики (дефектности) на формирование рых-лосвязанной воды составляет 70%.

При давлениях Р=70-125 МПа наблюдается дальнейшее уменьшение пло-

2 2

щади удельной поверхности частиц с Sуд=4 000 мм до Sуд=2 800 мм , однако эти

изменения (на Буд=1 200 мм ) не оказывают существенного влияния на Шо. Поэтому влияние Буд на ППП незначительно и составляет около Ъ8уд=5%. Влияние Мк на Шо, наоборот, возрастает за счет дальнейшего изменения дефектности структуры и морфологии поверхности частиц [Середин и др., 2018] и составляет Ъмк =95%.

Выводы по главе. Экспериментально установлено, что обработка каолиновой глины стрессовым давлением приводит к образованию на поверхности и «внутри» частиц (агрегатов, коллоидов и кристаллитов) дефектов, которые в свою очередь формируют энергетический потенциал частиц, а он в основном (на 95%) определяет водоудерживающую активность глин. Площадь удельной поверхности частиц имеет подчиненное значение, и ее влияние на Шо составляет меньше 5%.

Заключение

1. Экспериментально установлено, что с увеличением давления наблюдается общая тенденция снижения содержания глинистой и увеличения пылеватой фракций. Наряду с этой закономерностью в каждом классе выявлены локальные изменения содержания фракционного состава глин в зависимости от давления. С увеличением давления площадь удельной поверхности частиц каолиновой ^к) и монтмориллонитовой ^м) глин уменьшается. Изменения гранулометрического состава обусловлены процессами агрегации и диспергации частиц. В процессе агрегации частиц, вызванных высоким давлением, формируются коагуляционные, переходные и фазовые контакты между частицами. Дробление и расклинивающее давление пленки связанной воды вокруг частиц являются ведущими факторами, определяющими процесс их диспергации.

2. В каолине, с увеличением давления, содержание кварца и калиевых полевых шпатов закономерно увеличивается, а глинистых минералов, наоборот, уменьшается. Выявленная закономерность проявляется и в монтмориллонитовой глине, где наряду с кварцем возрастает и содержание альбита. Причиной такого изменения может быть высвобождение ионов Л13+ и Б14+ из структурных пакетов каолинита и монтмориллонита и образование вторичного кварца.

3. Выявлено, что при обработке глин стрессовым давлением их структура (дефектность) и, как следствие, энергетический потенциал изменяются разнона-правлено. В монтмориллонитовой глине энергетический потенциал на поверхности частиц при давлениях до Р=125-150 МПа принимает максимальные значения (Мк =14,7), а с увеличением давления до Р=2 200 МПа, наоборот, наблюдается его уменьшение (Мк = 17,7). В каолиновой глине наблюдается иная закономерность: с увеличением давления до Р=2 000 МПа наблюдается рост энергетического потенциала на поверхности частиц от Мк=26,3 (Р=0 МПа) до Мк=18,8 (Р=2 000 МПа). Изменение структуры (дефектности) глин связано с процессами деформирования и прокатки пакетов, скольжения и вращения октаэдрических и тетраэдрических листов.

4. Экспериментально определено, что высокое давление оказывает разнонаправленное влияние на градиент удаляемой массы связанной воды в глинах. Это обусловлено тем, что обработка каолиновой глины стрессовым давлением приводит к образованию на поверхности и внутри частиц (агрегатов, коллоидов и кристаллитов) дефектов, которые, в свою очередь, формируют энергетический потенциал частиц, а он определяет физико-химические свойства глин.

5. Установлено, что на водоудерживающую способность каолиновой глины, обработанной давлением, наибольшее влияние оказывает дефектность структуры (95 %), а площадь удельной поверхности имеет подчиненное значение (5 %).

Список литературы

1. Болдырев В.В. Механохимия и механическая активация твердых веществ // Успехи химии. Т.75 - 2006. - № 3. - С. 203-216.

2. Боева Н.М., Бортников Н.С., Новиков В.М., Слукин А.Д. Синхронный термический анализ и его возможности в изучении гипергенных минералов // Приоритетные и инновационные направления литологических исследований. -Екатеринбург, 2012. - С. 18-19.

3. Бочарникова Ю.И., Белоусов П.Е., Боева Н.М. Модификация монтмориллонита методом кислотной активации // Глины-2015: материалы 3-го Рос. со-вещ. по глинам и глинистым минералам (2-4 декабря 2015). - Москва: ИГЕМ РАН, 2015.

4. Бойко В.Ф., Верхотуров А.Д., Ершова Т.Б., Власова Н.М. Зависимость гранулометрических характеристик дисперсного брусита от срока хранения // Огнеупоры и техническая керамика. - 2009. - № 6. - С. 47-49.

5. Булыгина Л.Г., Соколов В.Н., Королев В.А. и др. Иерархический подход при изучении структуры глинистых грунтов // Глины-2015: материалы 3-го Рос. совещ. по глинам и глинистым минералам (2-4 декабря 2015). - Москва: ИГЕМ РАН, 2015. - С. 83-84.

6. Викулов М.Ф. и др. Фациальные типы глинистых пород. - Л.: Недра, 1973. - 273 с.

7. Галкин В.И. Вероятностно-статистическая оценка нефтегазоносности локальных структур / А.В. Растегаев, С.В. Галкин; Уро РАН. - Екатеринбург, 2001. - 277 с.

8. Голубова Н.В., Талиа Е.В. Реликтовые глины в аргиллитах башкирского яруса среднего карбона Восточного Донбасса // Концептуальные проблемы ли-тологических исследований в России. Т.1. - Казань, 2011. - С. 224-227.

9. Горбунов Н.И., Цюрупа И.Г., Шурыгина Е.А. Рентгенограммы, термограммы и кривые обезвоживания минералов, встречающихся в почвах и глинах. - Москва: АН СССР, 1952. - 188 с.

10. Гойло Э.А. Кристаллохимия трансформации слоистых силикатов: диссертация / Санкт-Петербургский. гос. ун-т. - Санкт-Петербург, 1997. - 70 с.

11. Гойло Э.А., Котов Н.В., Франк-Каменецкий В.А. Экспериментальное исследование влияния давления и температуры на кристаллические структуры каолинита, иллита и монтмориллонита // Физические методы исследования осадочных пород. - Москва: Наука, 1966. - С. 123-129.

12. Григорьев М.В., Молчунова Л.М., Буякова С.П., Кульков С.Н. Влияние механической обработки на структуру и свойства порошка нестехиометри-ческого карбида титана // Известия высших учебных заведений. Физика. Т.53. -2013. - № 7/2. - С. 206-210.

13. Дриц В.А., Коссовская А.Г. Слоистые силикаты в земной коре. Сообщение 1 // Литология и полезные ископаемые. - 1984. - № 6. - С. 3-23.

14. Дриц В.А., Коссовская А.Г. Слоистые силикаты в земной коре. Сообщение 2 // Литология и полезные ископаемые. - 1985. - № 1. - С. 3-16.

15. Дриц В.А., Коссовская А.Г. Глинистые минералы: смектиты, смеша-нослойные образования. - Москва: Наука, 1990. - 214 с. - (Тр. ГИН; Вып. 446).

16. Дриц В.А., Коссовская А.Г. Глинистые минералы: Слюды, хлориты. -Москва: Наука, 1991. - 176 с. - (Тр. ГИН; Вып. 465).

17. Ерощев-Шак В.А., Богатырев Б.А. Размерность и форма минералов семейства каолинита разного генезиса и возраста // Концептуальные проблемы литологических исследований в России. Т.1. - Казань, 2011. - С. 293-297.

18. Закусин С.В., Крупская В.В., Доржиева О.В. и др. Механизмы адсорбции катиона Cs на природных и кислотно-модифицированных бентонитах // Глины-2015: материалы 3-го Рос. совещ. по глинам и глинистым минералам (2-4 декабря 2015). - Москва: ИГЕМ РАН, 2015. - С. 90-91.

19. Звягина Б.Б. Кристаллохимические особенности и диагностические характеристики диоктаэдрических слюд 1М (иллиты, алюминоселадониты, глаукониты, селадониты) по данным рентгеновской дифракции и ИК-спектроскопии // Аг§Ша 81:иёшт-2015: материалы Четвертой Российской Школы по глинистым минералам. - Москва: ИГЕМ РАН, 2015. - С. 11-17.

20. Злочевская Р.И., Королев В.А., Кривошеева З.А., Сергеев Е.М. О природе изменения свойств связанной воды в глинах под действием повышающих температур и давлений / Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. - 1977. - № 3. -С. 80-96.

21. Зхус И.Д., Бахтин В.В. Литогенетические преобразования глин в зонах аномально высоких пластовых давлений. - Москва: Наука, 1979. - 139 с.

22. Иванова В.П., Касатов Б.К., Красавина Т.Н., Розинова Е.Л. Термический анализ минералов и горных пород. - Л.: Недра, 1974. - 399 с.

23. Кара-Сал Б.К., Сапелкина Т.В. Повышение адсорбционных свойств глинистых пород Тувы в зависимости от методов активации // Актуальные проблемы современной науки. - 2012. - № 5. - С. 158-162.

24. Карпова Г.В. Глинистые минералы и их эволюция в терригенных отложениях. - Москва: Недра, 1972. - 175 с.

25. Копелиович А.В. Эпигенез древних толщ юго-запада Русской платформы. - Москва: Наука, 1965. - 312 с. - (Тр. ГИН; Вып. 121)

26. Клубова Т.Т. Минералогическое и экспериментальное изучение устойчивости глинистых минералов в различных типах осадочных пород // Физические и химические процессы и фации. - Москва: Наука, 1968. - С. 51-56.

27. Кокшина Л.В., Мизенс Г.А. Бентониты в карбоне Боровской зоны (юго-запад Западной Сибири) // Приоритетные и инновационные направления литологических исследований. - Екатеринбург, 2012. - С. 69-71.

28. Королёв В. А. Моделирование гранулометрического состава лунных грунтов // Инженерная геология. - 2016. - № 5. - С. 40-50.

29. Коссовская А.Г., Дриц В.А. Генетические типы корренситов и кор-ренситоподобных минералов // Литология и полезные ископ. - 1985. - № 5. -С. 16-38.

30. Коссовская А.Г., Шутов В.Д., Дриц В.А. Глинистые минералы - индикаторы глубинного изменения терригенных пород // Геохимия, минералогия и петрография осадочных образований / Под ред. акад. Д.И. Щербакова. - Москва: Изд-во АН СССР, 1963.

31. Котельников Д.Д. О связи морфологических особенностей глинистых минералов с условиями их образования в осадочных породах // Докл. АН СССР. Т.146. - 1962. - № 4. - С. 905-908.

32. Котельников Д.Д., Конюхов А.И. Глинистые минералы осадочных пород. - Москва: Недра, 1986. - 274 с.

33. Котельников Д.Д., Солодкова Н.А. Структурные преобразования и морфологические особенности глинистых минералов в седименто- и литогенезе // Бюл. МОИП. Отд-ние Геология. Т.70, вып.3. - 1995. - С. 72-85.

34. Кривошеева З.А., Злочевская Р.И., Королев В.А., Сергеев Е.М. О природе изменения состава и свойств глинистых пород в процессе литогенеза // Вестн. Моск. ун-та. Сер. Геология. - 1977. - № 4. - С. 60-73.

35. Крупская В.В., Закусин С.В., Тюпина Е.А. и др. Преобразование структуры и адсорбционных свойств монтмориллонита при термохимическом воздействии // Глины-2015: материалы 3-го Рос. совещ. по глинам и глинистым минералам (2-4 декабря 2015). - Москва: ИГЕМ РАН, 2015.

36. Кузнецов Р.А, Булыгина Л.Г., Чернов М.С. Изменение строения гидротермальных глинистых грунтов при деформировании // Глины-2015: материалы

3-го Рос. совещ. по глинам и глинистым минералам (2-4 декабря 2015). -Москва: ИГЕМ РАН, 2015. - С. 96-97.

37. Кузнецова Т.А., Чижик Н.В., Ширяева Т.И. Микрозонды для определения силы адгезии и удельной поверхностной энергии методом атомно -силовой микроскопии // Приборы и методы измерений. - 2013. - № 1(6). - С. 41-45.

38. Логвиненко Н.В., Орлова Л.В. Образование и изменение осадочных пород на континенте и в океане. - Л.: Недра, 1987. - 237 с.

39. Лучицкий И.В., Громин В.И., Ушаков Г.Д. Эксперименты по деформации горных пород в обстановке высоких давлений и температур. - Новосибирск: Изд-во Наука, СО, 1967. - 75 с.

40. Миронов В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. - Нижний Новгород: РАН Институт физики микроструктур, 2004. - 114 с.

41. Нагорнов Ю.С., Ясников И.С., Тюрьков М.Н. Способы исследования поверхности методами атомно-силовой и электронной микроскопии / Тольят-тинский государственный университет. - Толятти, 2012. - 58 с.

42. Ничипоренко С.П., Круглицкий Н.Н., Панасевич А.А., Хилько В.В. Физико-химическая механика дисперсных минералов. - Киев: Наукова думка, 1974. - 243 с.

43. Осипов В.И. Нанопленки адсорбированной адсорбированной воды в глинах, механизм их образования и свойства // Геоэкология. - 2011. - № 4. -С. 291-305.

44. Осипов В.И., Соколов В.Н. Глины и их свойства. - Москва: ГЕОС, 2013. - 576 с.

45. Осовецкий Б.М. Дробная гранулометрия аллювия. - Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 1993. - 343 с.

46. Пермяков Е.Н. Влияние структурных и кристаллохимических особенностей монтмориллонита на технологические свойства бентонитовых и полиминеральных глин. - Казань, 2005. - 126 с.

47. Покидько Б.В. Исследование реологических свойств глинистых дисперсий // Argilla Studium-2015: материалы 4-й Российской Школы по глинистым минералам. - Москва: ИГЕМ РАН, 2015. - С. 45-46

48. Пушкарева Г.И. Влияние температурной обработки брусита на его сорбционные свойства // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2000. - № 6. - С. 90-93.

49. Райтбурд Ц.М., Слонимская М.В. Кристаллохимия поверхности глинистых минералов и микроструктура глин // Физические и химические процессы и фации. - Москва: Наука, 1968. - С. 42-50.

50. Райтбурд Ц.М., Царева А.М. К вопросу о распределении глинистых минералов по фракциям в осадочных породах // Литология и полезные ископаемые. - 1965. - № 2. -С. 172-174.

51. Рентгенографический количественный фазовый анализ (РКФА) глинистых минералов (каолинита, гидрослюды, монтморилонита): Методические рекомендации № 139 / НСОММИ ВИМС. - 1999.

52. Сапронова Ж.А., Лесовик В.С., Гомес М.Ж., Шайхиева К.И. Сорбци-онные свойства УФ-активированных глин Ангольских месторождений // Вестник КазНИТУ Т.18. - 2015. - № 1. - С. 91-93.

53. Савко А.Д., Свиридов В.А. Эволюция минерального состава глин в зависимости от условий их седиментации и диагенеза (на примере кайнозойских отложений Воронежской антеклизы) // Эволюция осадочных процессов в истории Земли: Материалы 8-го Всероссийского литологического совещания. Т.1 -Москва: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2015. - С. 293-296.

54. Сергеев Е.М. Сжимаемость крупнообломочных и песчаных грунтов // Грунтоведение. - 1946. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: Агеепа -hotel.com.

55. Сергеев Е.М. К вопросу уплотнения пылеватого грунта большими нагрузками // Вестн.. Моск. Ун-та. - 1946. - № 1. - С. 91-93.

56. Середин В.В. К вопросу о прочности засоленных глинистых грунтов // Инженерная геология. - 2014. - № 1. - С. 66-69.

57. Середин В.В., Каченов В.И., Ситева О.С., Паглазова Д.Н. Изучение закономерностей коагуляции глинистых частиц // Фундаментальные исследования. - 2013. - № 10-14. - С. 3189-3193.

58. Середин В.В., Ядзинская М.Р. Исследования механизма агрегации частиц в глинистых грунтах при загрязнении их углеводородами // Фундаментальные исследования. - 2014. - № 8-6. - С. 1408-1412.

59. Середин В.В., Растегаев А.В., Медведева Н.А., Паршина Т.Ю. Влияние давления на площадь активной поверхности частиц глинистых грунтов // Инженерная геология. - 2017. - № 3. - С. 18-27.

60. Середин* В.В., Растегаев А.В., Галкин В.И., Паршина Т.Ю., Исаева Г.А. Влияние давления и гранулометрического состава на энергетическую активность глин // Инженерная геология. - 2017. - № 4. - С. 62-71.

61. Середин В.В., Федоров М.В., Лунегов И.В., Медведева Н.А. Закономерности изменения сил адгезии на поверхности частиц каолинитовой глины, подверженной сжатию // Инженерная геология. - 2018. - № 3. - С. 8-18.

62. Симанович И.М., Костылева В.В. Постседиментационные изменения девонских отложений Среднего Тимана // Литология и полезные ископ. - 1994. -№ 2. - С. 66-78.

63. Соколова Т.Н. Аутигенное силикатное минералообразование разных стадий осолонения (на примере пермских бассейнов юго-востока Русской платформы). - Москва: Наука, 1982. - (Тр. ГИН АН СССР; Вып. 361).

64. Соколова Т.Н., Дриц В.А., Соколова А.Л., Степанова К.А. Структурно-минералогическая характеристика и условия формирования лейкофиллита из соленосных отложений купола Индер // Литология и полезные ископаемые. -1976. - № 6. - С. 80-95.

65. Стукалова И.Е., Петрова В.В., Сахаров Б.А., Покровская Е.В. Калиевый тобелит-индикатор условий постседиментационного преобразования угленосных осадочных комплексов // Проблемы геологии, геохимии и рудогенеза осадочного процесса. Том 2: материалы к 1 -му Всероссийск. литологич. совещ. -М.: ГЕОС, 2000. - С. 269-271.

66. Тимофеев П.П., Боголюбова Л.И. Фации и изменения глинистых минералов в торфяниках Рионского межгорного прогиба // Литология и полезные ископаемые. - 1972. - № 3. - С. 48-75.

67. Трофимов В.Т., Королев В.А., Вознесенский В.А., Голодковская Г.А., Васильчук Ю.К., Зиангиров Р.С. Грунтоведение. - Москва: Изд-во МГУ, 2005. -1024 с.

68. Трубача-Богинска А.А., Ацтиньш А.Я., Швиркстс Я.Я. Выделение субмикронной глинистой фракции из суспензии иллитовой глины, стабилизированной триполифосфатом натрия // Глины-2015: материалы 3-го Рос. совещ. по глинам и глинистым минералам (2-4 декабря 2015). - Москва: ИГЕМ РАН, 2015.

69. Франк-Каменецкий В.А., Котов Н.В., Гойло Э.А. Изменение структуры глинистых минералов в различных термодинамических условиях // Рентгенография минерального сырья. - Москва: Недра. - 1970. - № 7. - С. 166-174.

70. Франк-Каменецкий В.А. Рентгенография основных типов породообразующих минералов (слоистые и каркасные силикаты). - Л.: Недра, 1983. - 359 с.

71. Чернов М.С., Соколов В.Н., Крупская В.В., Алёшин А.Р. Наночастицы в гидротермальных глинах: состав, строение и свойства // Глины-2015: материалы 3-го Рос. совещ. по глинам и глинистым минералам (2-4 декабря 2015). -Москва: ИГЕМ РАН, 2015.

72. Чечетко Е.С. Сорбция катионов меди глиной Дашковского месторождения // Глины-2015: материалы 3-го Рос. совещ. по глинам и глинистым минералам (2-4 декабря 2015). - Москва: ИГЕМ РАН, 2015.

73. Шлыков В.Г. Использование структурных характеристик глинистых минералов для оценки физико-химических свойств дисперсных грунтов // Геоэкология. - 2000. - № 1. - С. 43-52.

74. Шлыков, В.Г. Рентгеновский анализ минерального состава дисперсных грунтов. - Москва: ГЕОС, 2006. - 176 с.

75. Шутов В.Д., Александрова В.А., Лосиевская С.А. Генетическая интерпретация полиморфизма минералов каолинитовой группы в осадочных породах // Физические методы исследования минералов осадочных пород. - Москва: Наука, 1966. - С. 109-122.

76. Шутов В.Д., Дриц В.А., Сахаров Б.А. Динамика преобразований монтмориллонита в гидрослюду при региональном эпигенезе // Эпигенез и его минеральные индикаторы. - Москва: Наука, 1971. - С. 54-61.

77. Шушков Д.А., Шуктомова И.И., Котова О.Б. Сорбция радиоактивных элементов цеолитсодержащими глинистыми породами Республики Коми // Гли-ны-2015: материалы 3-го Рос. совещ. по глинам и глинистым минералам (2-4 декабря 2015). - Москва: ИГЕМ РАН, 2015.

78. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Конвергентные слоистые силикаты-индикаторы литогенеза // Концептуальные проблемы литологических исследований в России. Т.2. - Казань, 2011. - С. 515-519.

79. Япаскурт О. Литология: учебник для вузов. - Москва: Академия, 2008. - 336 с.

80. Япаскурт О.В., Горбачев В.И. Литогенетические факторы формирования глубинной пористости отложений палеодельт (в низах разреза Тюменской скважины) // Докл. АН. Т.353. - 1997. - № 2. - С. 241-245.

81. Ata A., Rabinovich Y.I., Singh R.K., J. Adhes. Sci. Technol. 16 (2002) P. 337-346.

82. Biggs S., Cain R.G., Dagastine R.R., Page N.W., J. Adhes. Sci. Technol. 16 (2002) P. 869-885.

83. Galan E., Aparicio P., Gonzalez A. La I. I. I. The effect of pressure on order/disorder in kaolinite under wet and dry conditions // Clays and Clay Minerals, Vol. 54. - 2006. - № 2. - P. 230-239.

84. Guo Yu., Xiong (Bill) Yu Characterizing the surface charge of clay minerals with Atomic Force Microscope (AFM) * // AIMS Materials Science, Volume 4. -2017. - № 3. - P. 582-593 (12).

85. Qolak, A., Wormeester, H., Zandvliet, H.J.W., Poelsema, B. (2012) Surface adhesion and its dependence on surface roughness and humidity measured with a flat tip Applied Surface Science 258. - P. 6938-6942.

86. Ehrenberg S.N., Aagaard P., Wilson M.J., Fraser A.R. and Duthie D.M.L. (1993) Depth-dependent transformation of kaolinite to dickite in sandstones of the Norwegian continental shelf. Clay Minerals, 28. - P. 325-352.

87. Friedlander L.R., Glotch T.D., Phillips B.L., Vaughn J.S., Michalski J.R. Examining structural and related spectral change in marsrelevant phyllosilicates after experimental impacts between 10-40 GPA // Clays and Clay Minerals. Т.64. - 2016. -№ 3. - S. P. 189-209.

88. Fritzsche J., Peuker U. A. (2015) Wetting and adhesive forces on rough surfaces - An experimental and theoretical study. Procedia Engineering. 102. -P. 45-53.

89. ISO 4287/1-1997 Geometrical Product Specifications (GSP) - Surface texture: Profile method - Terms, definitions and surface texture parameters.

90. Jones R., Pollock H.M., Cleaver J.A.S., Hodges C.S., Langmuir 8, 2002 P. 8045-8055.

91. Jörg Fritzsche, Urs A. Peuker (2015) Wetting and adhesive forces on rough surfaces - An experimental and theoretical study. Procedia Engineering 102. P. 45-53.

92. Klaassen A., Liu F., Van den Ende D., Mugele F., Siretanu I. Impact of surface defects on the surface charge of gibbsite nanoparticles. // Nanoscale. - 2017. Apr 6; 9 (14). - P. 4721-4729.

93. Kossovskaya, A.G. and Shutov, V.D. (1963) Facies of regional epi- and metagenesis. International Geology Review, 7. P. 1157-1167.

94. Kumar N., Zhao C., Klaassen A., Dirk van den Ende,Frieder Mugele, Igor Siretanu Characterization of the surface charge distribution on kaolinite particles using high resolution atomic force microscopy// Geochimica et Cosmochimica Acta 175 (2016). P. 100-112.

95. La Iglesia A. Pressure induced disorder in kaolinite // Clay Minerals (1993) 28. P. 311-319.

96. Leite, F.L., Ziemath, E.C., Oliveira Jr., O.N., Herrmann, P.S.P. (2005) Adhesion forces for mica and silicon oxide surfaces studied by atomic force spectroscopy (AFS). Microscopy and Microanalysis 11(SUPPL. 3). P. 130-133.

97. Peng Zh. Effects of Surface Roughness and Film Thickness on the Adhesion of a Bio-inspired Nanofilm (2015). Bio-inspired Studies on Adhesion of a Thin Film on a Rigid Substrate. P. 55-70.

98. Persson B.N.J., Tosatti E., J. Chem. Phys. 115 (2001). P. 5597-5610.

99. Range K.J., Range A., Weiss A. (1969) Fire-clay type kaolinite or fire-clay mineral Experimental classification of kaolinite-halloysite minerals. Proc. Int. Clay Conf. Tokyo. P. 3-13.

100. Ruiz Cruz M.D., Andreo B. (1996) Genesis and transformation of dickite in Permo-Triassic sediments (Betic Cordilleras, Spain). Clay Minerals, 31. P. 133-152.

101. Stefani V.F., Concei?ao R.V., Balzaretti N.M., Carniel L.C. Stability of lanthanum-saturated montmorillonite under high pressure and high temperature conditions // Applied Clay Science. - 2014. - Vol. 102. P. 51-59.

102. Sun D., Zhang L., Zhang B., Li J. Evaluation and prediction of the swelling pressures of gmz bentonites saturated with saline solution // Applied Clay Science. 2015. - Vol. 105-106. - P. 207-216.

103. Seredin V.V., Khrulev A.S. Variations of temperature in specimens of rocks and geomaterials under failure // Journal of Mining Science. 2016. Vol. 52. № 4. P. 683-688.

104. Seredin V.V., Rastegaev A.V., Galkin V.I., Isaeva G.A., Parshina T.Yu. Changes of energy potential on clay particle surfaces at high pressures// Applied Clay Science. Vol. 155, April 2018. P. 8-14.

105. Seredin V.V., Rastegayev A.V., Panova E.G., Medvedeva N.A. Changes in Physical-Chemical Properties of Clay under Compression. International Journal of Engineering and Applied Sciences (IJEAS) ISSN: 2394-3661, Volume-4, Issue-3, March 2017. P. 22-29.

106. Tombacz E. and Szekeres M. (2006). Surface charge heterogeneity of kao-linite in aqueous suspension in comparison with montmorillonite. Appl. Clay Sci. 34. P. 105-124.

107. Zhou Z., Gunter W. D. The nature of the surface charge of kaolinite // Clay Clay Miner. 1992. Vol. 40. P. 365-368.

108. Zhu X., Zhu Z., Lei X., Yan C. Defects in structure as the sources of the surface charges of kaolinite // Appl. Clay Sci. 2016. Vol. 124-125. P. 127-136.

Приложение А Гранулометрический состав каолина

Размер мин [мкм] Размер средний [мкм] Размер макс [мкм] С((3(х) [%] ((3(х) [%] 100-((3(х) [%] q3(x) [1/мт] д3!од(х)

0,00 Р 0,04 Р 0,08 Р 0,41 Р 0,41 Р 99,59 Р 0,05 Р 0,01 Р

0,08 Р 0,09 Р 0,10 Р 0,41 Р 0,82 Р 99,18 Р 0,20 Р 0,04 Р

0,10 Р 0,11 Р 0,13 Р 0,66 Р 1,47 Р 98,53 Р 0,26 Р 0,07 Р

0,13 Р 0,14 Р 0,16 Р 0,60 Р 2,07 Р 97,93 Р 0,17 Р 0,06 Р

0,16 Р 0,18 Р 0,20 Р 0,52 Р 2,60 Р 97,40 Р 0,13 Р 0,05 Р

0,20 Р 0,23 Р 0,25 Р 0,63 Р 3,23 Р 96,77 Р 0,13 Р 0,06 Р

0,25 Р 0,28 Р 0,32 Р 0,91 Р 4,14 Р 95,86 Р 0,14 Р 0,09 Р

0,32 Р 0,36 Р 0,40 Р 1,46 Р 5,60 Р 94,40 Р 0,17 Р 0,14 Р

0,40 Р 0,45 Р 0,50 Р 2,06 Р 7,66 Р 92,34 Р 0,21 Р 0,21 Р

0,50 Р 0,57 Р 0,63 Р 3,10 Р 10,76 Р 89,24 Р 0,24 Р 0,31 Р

0,63 Р 0,72 Р 0,80 Р 4,52 Р 15,28 Р 84,72 Р 0,27 Р 0,44 Р

0,80 Р 0,90 Р 1,00 Р 5,59 Р 20,87 Р 79,13 Р 0,28 Р 0,58 Р

1,00 Р 1,13 Р 1,25 Р 6,93 Р 27,80 Р 72,20 Р 0,28 Р 0,72 Р

1,25 Р 1,43 Р 1,60 Р 8,94 Р 36,74 Р 63,26 Р 0,26 Р 0,83 Р

1,60 Р 1,80 Р 2,00 Р 8,70 Р 45,44 Р 54,56 Р 0,22 Р 0,90 Р

2,00 Р 2,25 Р 2,50 Р 8,58 Р 54,02 Р 45,98 Р 0,17 Р 0,89 Р

2,50 Р 2,83 Р 3,15 Р 8,09 Р 62,11 Р 37,89 Р 0,12 Р 0,81 Р

3,15 Р 3,58 Р 4,00 Р 6,80 Р 68,91 Р 31,09 Р 0,08 Р 0,66 Р

4,00 Р 4,50 Р 5,00 Р 4,93 Р 73,84 Р 26,16 Р 0,05 Р 0,51 Р

5,00 Р 5,65 Р 6,30 Р 3,96 Р 77,80 Р 22,20 Р 0,03 Р 0,39 Р

6,30 Р 7,15 Р 8,00 Р 3,57 Р 81,37 Р 18,63 Р 0,02 Р 0,34 Р

8,00 Р 9,00 Р 10,00 Р 3,59 Р 84,95 Р 15,05 Р 0,02 Р 0,37 Р

10,00 Р 11,25 Р 12,50 Р 4,07 Р 89,03 Р 10,97 Р 0,02 Р 0,42 Р

12,50 Р 14,25 Р 16,00 Р 4,55 Р 93,58 Р 6,42 Р 0,01 Р 0,42 Р

16,00 Р 18,00 Р 20,00 Р 3,35 Р 96,93 Р 3,07 Р 0,01 Р 0,35 Р

20,00 Р 22,50 Р 25,00 Р 2,07 Р 98,99 Р 1,01 Р 0,00 Р 0,21 Р

25,00 Р 28,25 Р 31,50 Р 0,86 Р 99,85 Р 0,15 Р 0,00 Р 0,09 Р

31,50 Р 35,75 Р 40,00 Р 0,15 Р 100,00 Р 0,00 Р 0,00 Р 0,01 Р

40,00 Р 45,00 Р 50,00 Р 0,00 Р 100,00 Р 0,00 Р 0,00 Р 0,00 Р

50,00 Р 56,50 Р 63,00 Р 0,00 Р 100,00 Р 0,00 Р 0,00 Р 0,00 Р

63,00 Р 71,50 Р 80,00 Р 0,00 Р 100,00 Р 0,00 Р 0,00 Р 0,00 Р

80,00 Р 90,00 Р 100,00 Р 0,00 Р 100,00 Р 0,00 Р 0,00 Р 0,00 Р

100,00 Р 112,50 Р 125,00 Р 0,00 Р 100,00 Р 0,00 Р 0,00 Р 0,00 Р

125,00 Р 142,50 Р 160,00 Р 0,00 Р 100,00 Р 0,00 Р 0,00 Р 0,00 Р

160,00 Р 180,00 Р 200,00 Р 0,00 Р 100,00 Р 0,00 Р 0,00 Р 0,00 Р

200,00 Р 225,00 Р 250,00 Р 0,00 Р 100,00 Р 0,00 Р 0,00 Р 0,00 Р

250,00 Р 282,50 Р 315,00 Р 0,00 Р 100,00 Р 0,00 Р 0,00 Р 0,00 Р

315,00 Р 357,50 Р 400,00 Р 0,00 Р 100,00 Р 0,00 Р 0,00 Р 0,00 Р

400,00 Р 450,00 Р 500,00 Р 0,00 Р 100,00 Р 0,00 Р 0,00 Р 0,00 Р

500,00 Р 565,00 Р 630,00 Р 0,00 Р 100,00 Р 0,00 Р 0,00 Р 0,00 Р

630,00 Р 715,00 Р 800,00 Р 0,00 Р 100,00 Р 0,00 Р 0,00 Р 0,00 Р

800,00 Р 900,00 Р 1 000,00 Р 0,00 Р 100,00 Р 0,00 Р 0,00 Р 0,00 Р

1 000,00 Р 1 125,00 Р 1 250,00 Р 0,00 Р 100,00 Р 0,00 Р 0,00 Р 0,00 Р

1 250,00 Р 1 425,00 Р 1 600,00 Р 0,00 Р 100,00 Р 0,00 Р 0,00 Р 0,00 Р

1 600,00 Р 1 800,00 Р 2 000,00 Р 0,00 Р 100,00 Р 0,00 Р 0,00 Р 0,00 Р

Размер мин [мкм] Размер средний [мкм] Размер макс [мкм] с1(33(х) [%] Р3М [%] 100^3^) [%] q3(x) [1/мт] q3log(x)

0,00 Р 0,04 Р 0,08 Р 0,31 Р 0,31 Р 99,70 Р 0,04 Р 0,01 Р

0,08 Р 0,09 Р 0,10 Р 0,32 Р 0,62 Р 99,38 Р 0,16 Р 0,03 Р

0,10 Р 0,11 Р 0,13 Р 0,55 Р 1,17 Р 98,83 Р 0,22 Р 0,06 Р

0,13 Р 0,14 Р 0,16 Р 0,59 Р 1,77 Р 98,23 Р 0,17 Р 0,06 Р

0,16 Р 0,18 Р 0,20 Р 0,62 Р 2,39 Р 97,61 Р 0,15 Р 0,06 Р

0,20 Р 0,23 Р 0,25 Р 0,81 Р 3,20 Р 96,80 Р 0,16 Р 0,08 Р

0,25 Р 0,28 Р 0,32 Р 1,18 Р 4,38 Р 95,62 Р 0,18 Р 0,12 Р

0,32 Р 0,36 Р 0,40 Р 1,81 Р 6,19 Р 93,81 Р 0,21 Р 0,17 Р

0,40 Р 0,45 Р 0,50 Р 2,45 Р 8,63 Р 91,37 Р 0,24 Р 0,25 Р

0,50 Р 0,57 Р 0,63 Р 3,54 Р 12,17 Р 87,83 Р 0,27 Р 0,35 Р

0,63 Р 0,72 Р 0,80 Р 5,00 Р 17,17 Р 82,83 Р 0,29 Р 0,48 Р

0,80 Р 0,90 Р 1,00 Р 6,03 Р 23,20 Р 76,80 Р 0,30 Р 0,62 Р

1,00 Р 1,13 Р 1,25 Р 7,35 Р 30,55 Р 69,45 Р 0,29 Р 0,76 Р

1,25 Р 1,43 Р 1,60 Р 9,36 Р 39,91 Р 60,09 Р 0,27 Р 0,87 Р

1,60 Р 1,80 Р 2,00 Р 9,00 Р 48,91 Р 51,09 Р 0,22 Р 0,93 Р

2,00 Р 2,25 Р 2,50 Р 8,80 Р 57,71 Р 42,29 Р 0,18 Р 0,91 Р

2,50 Р 2,83 Р 3,15 Р 8,22 Р 65,93 Р 34,07 Р 0,13 Р 0,82 Р

3,15 Р 3,58 Р 4,00 Р 6,81 Р 72,74 Р 27,26 Р 0,08 Р 0,66 Р

4,00 Р 4,50 Р 5,00 Р 4,80 Р 77,54 Р 22,46 Р 0,05 Р 0,50 Р

5,00 Р 5,65 Р 6,30 Р 3,66 Р 81,20 Р 18,80 Р 0,03 Р 0,36 Р

6,30 Р 7,15 Р 8,00 Р 3,09 Р 84,29 Р 15,71 Р 0,02 Р 0,30 Р

8,00 Р 9,00 Р 10,00 Р 3,04 Р 87,33 Р 12,67 Р 0,02 Р 0,31 Р

10,00 Р 11,25 Р 12,50 Р 3,52 Р 90,85 Р 9,15 Р 0,01 Р 0,36 Р

12,50 Р 14,25 Р 16,00 Р 4,00 Р 94,84 Р 5,16 Р 0,01 Р 0,37 Р

16,00 Р 18,00 Р 20,00 Р 2,89 Р 97,74 Р 2,26 Р 0,01 Р 0,30 Р

20,00 Р 22,50 Р 25,00 Р 1,66 Р 99,40 Р 0,60 Р 0,00 Р 0,17 Р

25,00 Р 28,25 Р 31,50 Р 0,57 Р 99,97 Р 0,03 Р 0,00 Р 0,06 Р

31,50 Р 35,75 Р 40,00 Р 0,03 Р 100,00 Р 0,00 Р 0,00 Р 0,00 Р