NGV-Geonieuws 1 artikel 5

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


1 Januari 1999, jaargang 1 nr. 1 artikel 5

Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon
Geologisch Instituut, Adam Mickiewicz Universiteit, Poznan (Polen)

Dit artikel is onderdeel van NGV-Geonieuws uitgave 1! Op de huidige pagina is alleen artikel 5 te lezen.

<< Vorig artikel: 4 | Volgend artikel: 6 >>

5 Zandige klei en kleiig zand gedragen zich vreemd
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Sedimentologie !     Klik hier om dit artikel af te drukken !

Zand heeft eigenschappen die we behoorlijk goed kennen, en voor klei geldt hetzelfde. Maar mengsels in verschillende verhoudingen - en in het bijzonder een iets zandige klei en een licht kleihoudend zand - kunnen ons nog steeds voor verrassingen stellen. En dat geldt zowel voor onverharde als voor verharde pakketten.

Een van de problemen die gebieden kenmerken die een overwegend kleiige bodem hebben, is de inklinking die optreedt als er water aan de bodem wordt onttrokken of als de bodem wordt belast (bijv. door een zandpakket als basis voor een nieuwe weg). Wie ooit een nieuwbouwwoning in een dergelijk gebied heeft betrokken, kent de gevolgen: de tuin kan binnen enkele maanden vele centimeters 'wegzakken', zodat er een duidelijk hoogteverschil ontstaat tussen de vloer van het (via heipalen vastgehouden) niveau van de gang of de kamer en de 'buitenwereld'.

De inklinking van klei is een gevolg van het feit dat de kleideeltjes veel water kunnen opnemen en daarbij sterk opzwellen. In de Nederlandse bodem is vrijwel altijd van nature zoveel water aanwezig dat de opzwelling van de klei maximaal is. Pas wanneer de grondwaterspiegel kunstmatig wordt verlaagd (bijv. om een laaggelegen gebied geschikt te maken voor bewoning), geeft de klei zoveel water af dat het volume afneemt en de bodem zakt. Dit verschijnsel staat als 'compactie', 'klink' of 'inklinking' bekend.

Hoe meer klei de bodem bevat, hoe sterker de inklinking die kan optreden. Dat was althans altijd het idee. In werkelijkheid blijkt dat echter niet het geval te zijn. Dat is een van de verrassende conclusies die enkele Franse onderzoekers moesten trekken op basis van hun onderzoek. Dat onderzoek staat beschreven in een themanummer van 'Marine and Petroleum Geology' (volume 15, no. 2), dat geheel gewijd is aan de geologische compactie van fijnkorrelige afzettingen. Het themanummer is een van de uitkomsten van een meeromvattend onderzoek dat tussen 1992 en 1995 kon plaatsvinden dankzij subsidie van de Europese Gemeenschap. Die subsidie werd verleend omdat inklinking in grote delen van de gemeenschap voorkomt (vooral in de kustgebieden) en daar voor grote economische schade zorgt, niet zozeer doordat de bewoners van nieuwbouwhuizen de grond in hun tuin veelvuldig moeten ophogen, maar vooral omdat het steeds zwaardere verkeer steeds hogere eisen stelt aan de wegen. Een vlakke weg veroorzaakt veel minder slijtage bij voertuigen dan een weg met allerlei onregelmatigheden die worden veroorzaakt doordat de ondergrond niet overal even sterk inklinkt. Ook wegen zelf zijn veel minder aan slijtage onderhevig wanneer er weinig oneffenheden in voorkomen (vergelijk de vaak grote schade in de nabijheid van verkeersdrempels!). Een goed begrip van de factoren die bijdragen aan de mate van compactie is dan ook van groot belang.

Waarom een kleipakket met een aanzienlijke hoeveelheid zand minder sterk inklinkt dan een pakket zuivere klei, is overigens nog niet goed verklaarbaar. Niettemin is wel duidelijk dat een betere ondergrond voor een wegdek kan worden verkregen door zand in het bovenste deel van het kleipakket te mengen dan door een pure zandlaag over een puur kleipakket aan te brengen.

Maar ook een zandpakket met klei kan vreemde kuren vertonen. Dat blijkt zodra het niet een pure, maar een iets kleihoudende zandsteen is die onder verhoogde druk en/of temperatuur diagenetisch verandert in een kwartsiet. De overeenkomst tussen zandsteen en kwartsiet is dat ze beide grotendeels bestaan uit korrels van kwarts (SiO2). Het verschil is dat bij zandsteen de oorspronkelijke korrels nog als zodanig bewaard zijn (al kunnen ze wel wat zijn aangetast of juist aangegroeid), maar dat bij kwartsiet de kwartskorrels (die soms eerst gedeeltelijk waren opgelost) vast aan elkaar zijn verbonden door een cement van kwarts. Een kwartsiet vormt dus meer één geheel, en is daarom harder dan zandsteen. Een ander gevolg is dat bij zandsteen een breuk om de korrels heen loopt, terwijl die er bij kwartsiet er recht doorheen gaat.

Toch kan, bij geschikte condities van vooral druk, zuurgraad en redoxpotentiaal, ook in zandsteen oplossing tussen kwartskorrels plaatsvinden. Twee korrels komen dan via een onregelmatig grensvlak over een grote oppervlakte aan elkaar te zitten. Economisch is dat van grote betekenis, want door kwartsieten en sterk gecementeerde zandstenen kunnen vloeistoffen niet of nauwelijks bewegen; zulke gesteenten vormen dus geen oliereservoirs, maar kunnen - indien ze niet teveel breuken of andere 'onaangename' verschijnselen vertonen - juist weer wel dienen als afsluitende laag, waaronder olie (of gas) zich zou kunnen verzamelen.

Om deze reden is het gedrag van 'drukoplossing' tussen kwartskorrels vaak bestudeerd. Daarbij werd gewoonlijk aangenomen dat het vooral de druk van de bovenliggende lagen was, die zorgde voor de conditie waarin drukoplossing kon optreden. Deze visie moet echter worden herzien; op zijn minst is er ook een ander mechanisme in het spel. Volgens een Noorse onderzoeker is dat andere mechanisme zelfs belangrijker. Hij merkte op dat drukoplossing zelden of nooit optreedt tussen twee 'schone' kwartskorrels; hij nam het verschijnsel echter wel waar op plaatsen waar kleine verontreinigingen aanwezig zijn. Deze verontreinigingen blijken kalium- en aluminiumhoudende materialen te zijn, waarschijnlijk illiet (een kleimineraal) en/of micahoudende klei. Eveneens trof hij duidelijke drukoplossing aan waar grote korrels van mica in contact staan met een kwartskorrel; het mica dringt daarbij soms ver bij de kwartskorrel naar binnen. Op grond van alleen al deze waarnemingen wordt een rol van illiet en/of mica bij drukoplossing al waarschijnlijk. Daarenboven blijkt echter ook nog uit berekeningen van de mechanische eigenschappen van mica dat in aanwezigheid van dit mineraal oplossing van kwarts kan plaatsvinden bij een druk van minder dan 10 bar (1 MPa). Dat is slechts een fractie van de druk waarbij drukoplossing t.g.v. het gewicht van de bovenliggende gesteentepakketten begint. In een klei- en/of micarijke zandsteen kan oplossing dus reeds in een relatief vroeg stadium kan beginnen, n.l. wanneer het pakket nog niet diep begraven ligt onder jongere lagen. Doordat bij die oplossingsprocessen korrels in elkaar groeien, verminderen het poriëngehalte en de permeabiliteit van het gesteente eerder dan tot nu toe werd aangenomen.

Referenties:
  • Djeran-Maigre, I., Tessier, D., Grunberger, D., Velde, B. & Vasseur, G., 1998. Evolution of microstructures and macroscopic properties of some clays during experimental compaction. In: Aplin, A.C. & Vasseur, G. (eds.): Geological compaction of fine grained sediments. Marine and Petroleum Geology 15, p. 109-128.


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl