Горные породы
Магматические горные породы
Магматические горные породы состоят из 600 различных видов и разновидностей. Они образуются в результате застывания расплавленной магмы. Магма образуется в недрах земли и представляет собой сложный силикатный расплав, насыщенный различными газообразными веществами и парами воды.
Расплавленная магма, прорываясь по трещинам земной коры, в одних случаях застывает в ее недрах, что приводит к образованию глубинных пород, в других случаях она достигает поверхности земли, разливаясь потоками лавы, и дает начало излившимся породам, которые являются аналогами глубинных.
Условия остывания магмы в глубине и на поверхности земли резко различны. Глубинные магматические породы образуются в области высокого давления, медленного и равномерного остывания. В этом случае происходит полная раскристализация магмы и образуются плотные, массивные, полнокристаллические породы типа гранита, габбро, которые залегают крупными массивами.
Излившиеся горные породы формируются в виде лавовых потоков на поверхности земли. Это происходит при низком давлении и температуре, при быстрой отдаче тепла и газовых компонентов. При таких условиях кристализаци возникают породы с обилием аморфного стекла, часто с большой пористостью. Например, базальт, пемза. Излившиеся породы, образовавшиеся в палеозойскую эру и раньше, называют древними, а в более позднее время - молодыми.
Структура и текстура магматических горных пород.
Под структурой подразумевают особенности внутреннего строения породы, обусловленные размерами, формой и количественным соотношением ее составных частей-минералов.
Минералы - это минеральное тело определенного химического состава и внутреннего строения.
В магматических породах по степени их кристалличности различают:
- Зернистые (полнокристаллические) структуры;
- полукристаллические структуры (совместное нахождение кристаллов и аморфного стекла);
- стекловатые, типичные для излившихся пород.
По величине кристаллов структуры делят на:
- Крупнозернистые - более 5 мм;
- Среднезернистые – 5-1 мм;
- Мелкозернистые – менее 1 мм.
Для излившихся пород кроме стекловатой также характерна порфировая структура.
Текстура (сложение) характеризует пространственное расположение составных частей породы в ее объеме. Для магматических пород характерны:
- массивная текстура – равномерное, плотное расположение зерен минералов;
- полосчатая текстура – чередование в порядке участков различного минерального состава или различной структуры;
- шлаковая текстура – порода содержит видимые глазом пустоты.
Строительные свойства
Строительные свойства невыветрелых магматических горных пород высокие. Это объясняется минеральным составом и жесткими кристаллизационными связями в структурах. Наибольшей прочностью отличаются мелкозернистые и равномернозернистые структуры, менее прочные крупнозернистые, порфировые и стекловатые породы. При оценке качества горных пород следует отдавать предпочтение массивной текстуре. Полосчатое сложение облегчает разработку, но в целом снижает качество пород. Отдельность магматических горных пород имеет большое значение при разработке (от этого зависит выбор способов производства взрывных работ), в какой-то мере облегчает добычу, раскалывание и обработку пород. В то же время трещиноватость сокращает количество получаемой продукции.
Магматические горные породы являются наиболее надежным основанием сооружений. На оценку их надежности влияют степень выветрелости, наличие трещиноватости, форма залегания, структурно-текстурные особенности и другие характеристики.
Характеристика главнейших представителей магматических горных пород.
Кислые породы - магматические горные породы, пересыщенные кремнекислотой (65—70%), т. е. содержащие её в избытке, которая выделяется в виде минерала кварца (гранит, диорит и др.) или остаётся растворённой в аморфной основной массе — вулканическом стекле (обсидиан, смоляной камень и другие).
Средние горные породы - магматические горные породы, содержащие 56-65% кремнезёма. К ним относятся, главным образом, полевошпатовые породы с небольшой примесью железомагнезиальных минералов (пироксена, роговой обманки, реже биотита). Среди полевых шпатов различают средние плагиоклазы (олигоклаз, андезин). По составу веществ среди средних горных пород различают натриевый (диориты, андезиты, порфириты) и калиевый (сиениты, трахиты) ряды. Средние горные породы распространены, главным образом, среди эффузивных пород, в которых андезиты и порфириты преобладают над трахитами и порфирами. Интрузивные породы (диорит, сиенит) распространены значительно меньше.
Основные породы – магматические горные породы, содержащие 44-53% кремнезёма. В эту группу входит глубинная порода габбро и ее излившиеся аналоги – диабаз (древняя порода) и базальт (молодая порода).
Ультраосновные породы - магматические горные породы с низким содержанием кремнезёма 30-45%. Они не содержат полевых шпатов и кварца. К ним относятся пироксениты, перидотиты и дуниты. Все эти породы глубинного происхождения. Ультраосновные породы на поверхности земли неустойчивы и легко поддаются выветриванию. Используются как строительный и отделочный камень. Дуниты - ценное сырье для изготовления огнеупорных кирпичей.
Метаморфические горные породы.
Метаморфические горные породы образуются в результате глубоких изменения и преобразований магматических и осадочных пород в процессе метаморфизма – под влиянием высокой температуры, давления и химически активных веществ. Эти факторы метаморфизма вызывают изменения химического, минерального составов и структуры исходных пород.
Метаморфические горные породы по внешнему виду и условиям залегания занимают промежуточное место между магматическими и осадочными. По минеральному составу они ближе к магматическим. Наиболее типичными для них минералами являются слюды, кварц, полевые шпаты, хлорид, амфиболы, тальк и другие.
Метаморфическим горным породам присущи кристаллическая структура и своеобразная текстура; сланцеватая, когда пластинчатые минералы типа слюд располагаются параллельно друг друга: зернистая - с преобладанием зерен овальной формы; гнейсовая – для которой характерно чередование сланцевых и зернистых полос.
В зависимости от ведущего фактора метаморфизма различают следующие типы метаморфизма:
- Контактовый
- Динамометаморфизм
- Региональный.
Контактовый метаморфизм развивается на контакте между внедрившейся магмой и вмещающими ее горными породами. Воздействие высокой температуры, а также газов и паров воды ведет к коренному изменению вмещающих пород. Так возникают породы зернистого вида – мраморы и кварциты.
Динамометаморфизм. Преобразование исходных пород происходит под действием высокого давления, которое возникает в процессе горообразования или под слоем вышележащих толщ. При этом образуются породы типа глинистых сланцев с характерной для них сланцеватостью.
Региональный метаморфизм проявляется на больших площадях и в глубине земной коры. Глубинную толщу, где протекает этот процесс, называют поясом метаморфизма. Этот пояс по глубине интенсивности проявления факторов метаморфизма делят на три зоны.
Верхняя – начальная стадия метаморфизма, для которой характерна перекристаллизация пород под давлением вышележащих горных масс с изменением их минерального состава, но в ряде случаев еще сохранивших свой первоначальный облик. Например, кварцитовый песчаник, в котором перекристаллизован кремнистый цемент, но еще угадываются обломочные зерна кварца, или глинистые сланцы типа филлита, для которых характерна низкая степень метаморфизма по сравнению с осадочной глинистой породой аргиллитом.
Средняя – отличительными условиями которой являются высокая температура, гидростатическое давление и сильное одностороннее давление вследствие перераспределения вещества в недрах литосферы. Для этой зоны характерны такие породы, как кристаллические известняки и сланцы, кварциты, мраморы.
Нижняя – самая глубокая зона метаморфизма, которая отличается высокой температурой и высоким гидростатическим давлением при сравнительно слабом одностороннем давлении. Для этой зоны характерны породы высокой степени метаморфизма, такие как гнейсы, имеющие минеральный состав такой же, как и граниты, и близкую к ним прочность.
Примеры изменения пород по поясам и зонам земной коры
Пояс | Зона | Породы | ||
Осадочных пород | Выветривания | Песок | Глина | Известняк |
Цементации | Песчаник | Аргиллит | Полукристаллический известняк | |
Метаморфизма | Верхняя | Кварцитовидный песчаник | Филлит | Мелкозернистый мрамор |
Средняя | Кварцит | Слюдистый сланец | Среднезернистый мрамор | |
Нижняя | Перекристаллизованный кварцит | Гнейс | Крупнозернистый мрамор | |
Следует подчеркнуть, что минеральный состав конечных продуктов метаморфизма в известной мере зависит от минерального состава исходной породы. Например, из известняка гнейс образоваться не может.
В процессе движения земной коры метаморфические породы поднимаются на дневную поверхность, они являются хорошим скальным основанием для зданий и сооружений. При строительстве подземных сооружений сланцеватость оказывает неблагоприятное действие, так как по плоскостям сланцеватости возможны обвалы и обрушения, особенно кровли горизонтальных подземных выработок.
Классификация метаморфических горных пород.
Классификацию метаморфических горных пород производят по структурно-текстурным признакам и минеральному составу на:
- Массивные (зернистые) – кварцит и мрамор;
- Сланцевые – гнейс и сланцы различного минерального состава.
Мрамор - метаморфическая горная порода, состоящая только из кальцита CaCO3. При перекристаллизации доломита CaMg(CO3)2 образуются доломитовые мраморы.
Гнейс - метаморфическая горная порода, главными минералами которой являются плагиоклаз, кварц и калиевый полевой шпат (микроклин или ортоклаз), в подчиненном количестве могут присутствовать биотит, мусковит, роговая обманка, пироксен, гранат, дистен, силлиманит и другие минералы. По химическому составу гнейсы близки гранитам и глинистым сланцам.
Осадочные горные породы.
Осадочные горные породы образовались на поверхности литосферы в результате накопления минеральных масс, полученных в процессе разрушения магматических, метаморфических и осадочных горных пород. Процессы разрушения горных пород литосферы и накопления новых пород на поверхности земли идут повсеместно: в пустынях, где энергичную работу ведет ветер; вдоль морских и океанических берегов, где волны перемещают обломочный материал; на дне глубоких частей морей и океанов, где отмирающие организмы дают начало толщам осадочных пород. Условия образования накладывают существенный отпечаток на облик осадочных пород. В одних случаях они состоят из обломков ранее разрушенных горных пород, в других - из скопления органических остатков, в третьих - из кристаллических зерен, выпавших из раствора.
Осадочные породы в зависимости от происхождения резко отличаются друг от друга. Поэтому их принято подразделять на три группы:
- Обломочное происхождение
- Химическое происхождение
- Органогенное происхождение
Структуру осадочных пород различают по размерам, форме и составу слагающих их частиц.
По размерам различают следующие структуры: крупнообломочная, диаметр частиц, слагающих породу, составляет более 2,0 мм; псаммитовая (песчаная), диаметр частиц 2,0-0,05 мм; алевритовая (пылеватая), диаметр частиц от 0,05 до 0,005 мм; пелитовая (глинистая), диаметр частиц менее 0,005 мм. В случае скопления более или менее одинаковых частиц, структура носит название равномерно-зернистой, в противном случае - разнозернистой. По форме частиц породы бывают с окатанной и неокатанной структурой.
Для химических пород характерны оолитовая (зерна имеют форму шариков), игольчатая, волокнистая, листоватая и зернистая структуры. Породы органического происхождения, состоящие из хорошо сохранившихся раковин или растений, имеют биоморфную структуру.
Текстура осадочных пород чаще всего пористая и компактная (непористая).
Если осадочные породы представляют собой скопление отдельных, не соединенных друг с другом частиц, они называются сыпучими. Когда отдельные более крупные частицы скрепляет тонкозернистый материал, называемый цементом, породы получают название сцементированных и характеризуются компактной текстурой. Цементирование пород может происходить одновременно с их образованием, а также и после, в результате выпадения различных солей из циркулирующих по порам растворов. По составу различают глинистый, битумный, известковый, железистый, кремнистый и другие цементы. Характер цемента в значительной мере обусловливает плотность и прочность сцементированных пород. Самыми слабыми считаются породы на глинистом цементе, а породы же с кремнистым цементом отличаются наибольшей прочностью.
Обломочное происхождение.
Обломочные породы состоят из обломков различных пород и минералов. По величине обломков выделяют:
- крупнообломочные породы (псефиты), состоящие в основном из обломков диаметром более 2,0 мм;
- среднеобломочные (псаммиты), состоящие из обломков диаметром от 2,0 до 0,05 мм;
- мелкообломочные (алевриты), состоящие из обломков диаметром от 0,05 до 0,005 мм; глинистые породы (пелиты), состоящие в основном из частиц диаметром менее 0,005 мм.
Имеется несколько классификаций обломочных пород, в которых размеры указанных выше обломков, относимых к тому или иному виду пород, несколько колеблются.
Крупнообломочные породы. К ним относят породы, состоящие из обломков размером от 2,0 мм до нескольких метров в поперечнике. В зависимости от структуры и текстуры выделяются следующие разновидности пород.
Глыбы - угловатые обломки размером свыше 200 мм, щебень - угловатые обломки размером от 200 до 40 мм и дресва - от 40 до 2,0 мм. Если же обломки указанных размеров окатанные, то их соответственно называют валунами, галькой и гравием.
Сцементированные щебень и дресва называются брекчией, а сцементированные галька и гравий - конгломератом.
Все крупнообломочные породы широко используются в качестве строительных материалов. Необходимо помнить, что названия «валуны», «щебень», «галька» и т.д. не говорят о свойствах пород, а лишь о размерах их обломков, а поэтому в строительстве их следует называть «галька песчаника», «щебень гранита».
Среднеобломочные породы. К ним относят широко распространенные в природе пески и песчаники. Пески представляют собой рыхлые скопления обломков размером от 2,0 до 0,05 мм, а песчаники - сцементированные между собой обломки той же величины. В зависимости от величины обломков выделяют следующие фракции: грубая (2,0-1,0), крупная (1,0-0,5), средняя (0,5-0,25), мелкая (0,25-0,10) и тонкая (0,10-0,05). По составу обломков пески и песчаники чаще бывают кварцевыми, иногда с примесями полевых шпатов, слюд, глауконита и других минералов.
Мелкообломочные, или пылеватые породы представлены лессами, лессовидными суглинками, супесями, суглинками.
Химическое происхождение.
Эти породы образуются в результате выпадения из растворов химических осадков. Такой процесс происходит в водах морей, континентальных усыхающих бассейнов, соляных источников.Породами химического происхождения являются известняки, известняковый туф, доломит, ангидрит, гипс, каменная соль. Общей для этих пород особенностью является растворимость в воде, наличие пустотности вследствие растворения, трещиноватость.
Органогенное происхождение.
Органогенные породы образуются в результате накопления преобразованных остатков животного мира (зоогенные) и растений (фитогенные). Зоогенные – известняк-ракушечник, мел и другие, а фитогенные – трепел, опока, торф, и другие. Органогенные породы отличаются значительной пористостью, многие растворяются в воде, обладают большой сжимаемостью, например, торф. К этой группе пород относят каменный уголь, нефть, асфальты и другие.
Диатомит - белая, легкая, пористая порода, пачкает руки, легко растирается в порошок, липнет к языку. Состоит из мельчайших опаловых скорлупок диатомовых водорослей. Применяется как фильтрующий материал, служит сырьем для получения жидкого стекла.
Трепел - внешне трудно отличим от диатомита, хотя состоит он не из органических остатков, а из мельчайших зерен опала, с незначительной примесью скорлупок диатомовых водорослей. Цвет трепела от белого до темно-серого. Характерным его признаком является низкая удельная масса и способность жадно впитывать влагу (прилипает к языку).
Опока - твердая порода белого, серого или черного цвета, часто обладающая характерным раковистым изломом. Наиболее твердые ее разновидности при ударе раскалываются с характерным звенящим звуком. Опока состоит из зернышек опала и остатков кремниевых скелетов, сцементированных кремнистым веществом.
