Изучением осадочных пород и геологических процессов их образования занимается литология. Осадочные горные породы состоят в основном из следующих минералов: глинистые (каолинит, монтмориллонит и др.), сульфатные (гипс, ангидрит, барит), карбонатные (кальцит, доломит), окисные (кварц) и др.
Глинистые минералы (или водные алюмосиликаты) отличаются от других исключительно малыми размерами кристаллов и чешуйчатым строением. Например, кристаллы монтмориллонита имеют размеры менее 1 мк, поэтому их относят к группе коллоидно-дисперсных минералов. Эти свойства глинистых минералов (в частности, монтмориллонита) используются в практике бурения на нефть и газ для получения высококоллоидных глинистых растворов.
По количеству минеральных компонентов, входящих в состав пород, последние могут быть мономинеральными (например, гипс, ангидрит, доломит, каменная соль и др.) и полиминеральными (почти все магматические породы, а из осадочных – глины, песчаники, конгломераты и др.).
По способу образования осадочные породы делятся на четыре группы: обломочные породы, породы органического происхождения (органогенные), породы химического происхождения и породы смешанного происхождения.
Обломочные породы образовались из осадков, представляющих собой механические продукты разрушения ранее существовавших пород.
Обломочные породы делятся на грубообломочные (псефиты), песчаные (псаммиты), мелкоземистые (алевриты) и глинистые (пелиты).
Грубообломочные породы состоят из видимых невооруженным глазом рыхлых или сцементированных обломков горных пород и минералов размером более 2 мм в поперечнике. К рыхлым угловатым породам относятся глыбы, щебни и дресва, а к рыхлым скатанным – валуны, галечники и гравий.
Сцементированные скопления угловатых обломков называются брекчией, а сцементированные скопления скатанных обломков – конгломератами.
Песчаные породы состоят из обломков минералов или горных пород размером от 2 до 0,1 мм в поперечнике. К рыхлым песчаным породам относятся пески, а сцементированные песчаные породы называют песчаниками. Песчаники различаются по составу образующих их минералов, размерам зерен и связывающему их цементу.
Мелкозернистые породы состоят из обломков размером от 0,1 до 0,01 мм в диаметре. Эти породы занимают промежуточное положение между песчаными и глинистыми породами. К ним относятся супеси, суглинки и лёсс.
Глинистые породы отличаются от других обломочных пород не только тем, что они состоят из очень мелких частиц (значительно меньше 0,01 мм в поперечнике), но и тем, что частицы глинистых пород, как правило, не представляют собой механических обломков породообразующих минералов, а являются новообразованиями, химически существенно отличными от тех минералов, в результате разрушения которых они образовались. К глинистым породам относятся глины, аргиллиты и глинистые сланцы.
Аргиллиты – твердые глины; при обогащении известью (СаС03) аргиллиты переходят в мергели. Глинистые сланцы – плотные породы, разделяющиеся на плиты по плоскостям слоистости или сланцеватости. Глинистые сланцы со значительным количеством обугленных растительных осадков называются углистыми. Глинистые сланцы содержащие до 85% битуминозного вещества, приобретают способность гореть, поэтому они называются горючими.
Органогенные породы – осадочные породы, являющиеся продуктами жизнедеятельности организмов, – известняки, мел, торф, угли, нефть и др.
Известняки, как правило, состоят из минерала кальцита CaCO3. По внешнему виду это массивные, плотные породы тонкозернистого, реже кристаллического строения. Известняки, целиком состоящие из раковин моллюсков, часто называют ракушником. Известняки, содержащие примесь битуминозных веществ и при нагревании издающие запах нефти, называются битуминозными. У некоторых известняков часть СаС03 бывает замещенной SiO2. Такие известняки называются окремнелыми или кремнистыми.
Породы химического происхождения – это осадочные породы, которые образовались в результате выпадения солей из водяных растворов или в результате химических реакций, происходящих в земной коре. Эти породы можно разбить на следующие группы: карбонатные, железистые, галоидные и сернокислые соли.
К карбонатным породам относятся известняки химического происхождения, известковые туфы (ноздреватая порода) и доломиты. Доломиты (СаСО3-М§03) бывают зернистые и кристаллические и образуются в природе различным путем (в частности, из известняков путем постепенного замещения молекул CаC03 молекулами MgCO3).
Кремнистые и железистые породы при бурении скважин на нефть и газ встречаются сравнительно редко.
Часто встречаются породы, относящиеся к группе галоидных и сернокислых солей. Это каменная соль (NaCI), ангидрит (CaS04) и гипс – CaS042H20.
Породы смешанного происхождения – это осадочные горные породы, сложенные частично из обломочного материала и частично из органического или материала химического происхождения. К ним относятся мергели, глинистые известняки, песчаные известняки и др.
Мергели – уплотненные и обогащенные углекислым кальцием глины. Они имеют тонкозернистое строение, часто слоистые. Мергели содержат от 20 до 80% СаСО3.
При меньшем содержании СаСО3 порода называется известковистой или мергелистой глиной, при большем содержании СаСО3 – глинистым известняком.
Наиболее распространенными осадочными горными породами, слагающими нефтяные и газовые месторождения, являются глины, мергели, аргиллиты, глинистые сланцы, песчаники, алевролиты, известняки, доломиты, каменная соль, ангидрит и гипс.