Меловой известняк

Мел представляет собой мелкозернистый, слабо уплотненный вариант биогенного известняка. По составу он близок к чистой разности. Аналогично известняку формируется в прибрежных условиях, но, в отличие от него, приурочен к верхнему мелу – нижнему палеогену ввиду специфических породообразующих организмов. Распространен весьма обширно, но все же меньше известняка, так как во многих случаях преобразуется в него.

Общие особенности

Мел – слабосцементированная, тонкозернистостая, нерастворимая в воде, мягкая порода белой окраски в чистом виде.

По составу близок к чистому известняку: на 91-98,5% или 92-97% сформирован кальцитом. В качестве примесей в породе иногда присутствует магнезит, но основную их часть составляют оксиды металлов, в меньшей степени зерна кварца. Органические компоненты обычно представлены в виде псевдоморфоз кальцита по остаткам организмов, но могут присутствовать и крупные окаменелости (С.А. Губарев, А.С. Черныш, 2020).

Мел обычно сложен преимущественно кальцитом органогенного происхождения (до 70%), меньше – аутигенного. Значительную его часть составляют скелетные оболочки планктонных водорослей и фораминифер (до 40%). Это мелкие частицы размером 5-10 мкм. Значительно может различаться доля более мелкозернистого порошкообразного кальцита, сложенного 0,5-2 мкм частицами: от 10 до 90%. Компоненты большего размера представлены в значительно скуднее. Основную их часть составляют микроскопические кристаллы кальцита. Редко встречаются крупные органические остатки. Оставшуюся часть (обычно до 5, реже до 12%) занимают некарбонатные пелитоморфные примеси. К ним относятся кварц, глинистые минералы, полевые шпаты, пирит и др. преимущественно терригенного, реже аутигенного генезиса. Редко встречаются конкреции кремния, пирита, фосфорита (С.А. Губарев, А.С. Черныш, 2020 и др.).

Путем водного водного фракционирования установлено, что частицы 0,05-0,005 мм составляют 80% породы, частицы более 0,05 мм – 15% с преобладанием фракции 0,05-0,1 мм, частицы 0,001-0,005 – до 3%, частицы более 1 мм отсутствуют (С.А. Губарев, А.С. Черныш, 2020).

Мел характеризуется трещиноватой структурой. Она проявляется в пласте сетью вертикальных и пластовых трещин, значительно сгущающихся на обнажениях. Аналогична и микроструктура, что можно выявить путем обработки породы маслом. После этого, помимо сети трещин, проявляются ходы червей-илоедов. Ввиду этого порода характеризуется значительной пористостью, определяющейся этой особенностью. Так, у трещиноватых вариантов пористость составляет от 30 до 55%. Следовательно, они обладают высокой водопроницаемостью. Наименьшей пористостью характеризуются разновидности с повышенной долей терригенного материала (С.А. Губарев, А.С. Черныш, 2020 и др.).

С кальцитом мел схож также изменением свойств в зависимости от условий генезиса, проявляющихся в залегании и региональной привязке. Так, по совокупности характеристик породу подразделяют на 3 типа.

• Белый пишущий. Мягкая, чистая разновидность.
• Мергелистый. Более плотная порода с глинистой примесью.
• Мелоподобный известняк. Переходный вид.

В среднем плотность мела составляет 1,4-2,3 г/см3 (С.А. Губарев, А.С. Черныш, 2020) или около 2,7 тыс. кг/м3, пористость – около 50%, влажность – примерно 20-30%. При увлажнении прочность сокращается, но прочность на сжатие при увлажнении до 20-30% возрастает вдвое – втрое, и проявляются пластические свойства. Таким образом, прочность определяется составом, пористостью и влажностью. Ввиду большой влагоемкости морозостойкость отсутствует: после нескольких циклов застывания/оттаивания порода распадается на фрагменты 1-3 мм (С.А. Губарев, А.С. Черныш, 2020). Более подробно физические свойства мела были изучены опытным путем в ряде работ: А.С. Черныш, С.А. Губарев, 2020, Е.А. Ермолович, А.В. Овчинников, 2019, С.В. Сергеев, А.В. Овчинников, 2012, Е.А. Ермолович и др., 2020 и т. д.

Мел применяется в качестве сырья в различных отраслях промышленности. Его пригодность для этих целей определяется 2 факторами: составом и оптическими свойствами. Химический состав учитывается в производстве извести, зубных паст, порошков наполнителя для пластмассы лакокрасочных материалов, стекла, бумаги, цемента, соды. В бумажной промышленности важны гранулометрический состав и оптические свойства.

Генезис

Формирование мела, как варианта биогенного кальцита, происходит осадочным путем в морских бассейнах. Генетически он представляет собой полузатвердевший ил, формирующийся в прибрежных условиях на глубинах 30-500 м. С.А. Губарев, А.С. Черныш называют мел органогенно-хемогенной породой, т. к. одновременно с осаждением карбонатных остатков происходило выпадение кальцита из воды. Формирование происходило в позднем меловом – раннем палеогеновом периодах, что обусловлено приуроченностью к этому времени породообразующих организмов – кокколитофид. Белый мел характерен для верхнего мела, а мелоподобные известняки наблюдаются в третичных осадках. В палеозое мел не распространен, так как преобразуется в известняки.

Распространение

Мел весьма обширно распространен. Так, эти породы протягиваются непрерывной полосой мощностью до нескольких сотен м от Западного Казахстана до южной Англии через Сирию, Ливию, Россию, Украину, Польшу, северную Францию. Причем по протяжению это образование значительно отличается как по мощности, так и по свойствам отложений. Так, около половины запасов пригодного для добычи по качеству сырья с наименьшей долей примесей сосредоточено на территории России, чуть больше 30% в Украине и немного более 10% в Беларуси. К тому же небольшие месторождения есть в Казахстане, Грузии и Литве. Благодаря относительно высокой стойкости к выветриванию мел может формировать прибрежные хребты (С.А. Губарев, А.С. Черныш, 2020).
В России балансовые запасы мела составляют 3300 млн т., а прогнозные не ограничены. Несмотря на это, по территориальному распространению мел можно назвать относительно редким сырьем для России, так как его залежи сосредоточены преимущественно в Нижнем Поволжье и бассейне Дона (С.А. Губарев, А.С. Черныш, 2020). Крупнейшее месторождение – Серебряковское (890 млн т.) – находится в Волгоградской области. Значительная часть залежей сосредоточена в Белгородской области (1000 млн т.).

Сырье Воронежской области характеризуется высоким качеством, благодаря чистому карбонатному составу с менее чем 2% примесей, включая аморфный кремнезем. Несмотря на то, что мел залегает у поверхности и покрыт только меловым элювием или четвертичными осадками, его добыча и переработка осложнены высокой влажностью породы, составляющей 32%.