Инженерная геология

1. Общие сведения

Планета Земля состоит из следующих геосфер: ядро, мантия и земная кора. Земная кора составляет 0,1% радиуса планеты. В ней выделяют участки континентального, океанического и переходного типа. Земная кора состоит из горных пород.

Горные породы – это устойчивые соединения минералов, образующиеся в результате глобальных геологических процессов (магматизм, осадконакопление, метаморфизм) и представляющие собой крупные, обособленные в пространстве, тела.

Горные породы состоят из минералов. Самыми распространёнными минералами земной коры являются полевые шпаты, кварц, слюды, а также глинистые минералы. Подчинённое значение имеют пироксены и амфиболы.

По происхождению выделяют три группы горных пород:

- магматические;

- осадочные;

- метаморфические.

Земная кора на 95% состоит из магматических и метаморфических горных пород, на долю осадочных пород приходится 5%. На земной поверхности в основном встречаются породы осадочного происхождения (75%), из них около 50% приходится на глинистые грунты.

Схематически классификация горных пород по происхождению и условиям образования приведена в табл. 1.

Таблица 1 – Схематическая классификация горных пород

Магматические горные породы образуются в результате кристаллизации магмы, поступающей из глубинных частей Земли. В зависимости от условий кристаллизации магматических пород (в глубоких недрах Земли, вблизи земной поверхности или на земной поверхности) они подразделяются на плутонические (интрузивные) и вулканические (эффузивные).

Осадочныегорные породы образуются из осадков. Осадки бывают механические (обломочные), химические и органогенные. Материал для обломочных осадков возникает в результате экзогенного выветривания любых горных пород. Химические осадки формируются из водных растворов, когда их концентрация достигает предела насыщения. Органгенные осадки возникают при отмирании и накапливании представителей фауны. Осадочные горные породы образуются на континентах (на склонах гор, в долинах рек, в озёрах, болотах, старицах и т.д.), в морях, лагунах.

Метаморфические горные породы образуются при частичном переплавлении и перекристаллизации любых горных пород под действием изменяющихся температуры и давления, а также под действием гидротермальных растворов.

Чтобы определить горную породу, т.е. определить её наименование, по визуальным признакам без специальных исследований, необходимо установить:

- цвет (окраску) горной породы;

- вещественный (минеральный) состав;

- структуру;

- текстуру.

После определения этих четырёх свойств можно будет отнести образец горной породы к одной из трёх групп по происхождению и присвоить наименование. Для точного и достоверного определения требуется детальное исследование горной породы с помощью специального оборудования.

Цвет (окраска) любой горной породы определяется на увлажнённой поверхности (можно подышать на образец). При высыхании образца на воздухе или высушивании в сушильном шкафу окраска изменяется.

Минеральный состав характеризуется содержанием:

- зёрен тех или иных минералов;

- нераскристаллизованным магматическим веществом;

- обломками горных пород и минералов;

- органическими остатками.

Под структурой (строением) горной породы понимают форму, размер минеральных зёрен, из которых состоит горная порода, а также структурные связи между ними.

Под текстурой понимают взаимное расположение минеральных масс, или другими словами закономерности внешнего облика горной породы, характер ориентировки минеральных зёрен.

Текстура может быть:

- массивная (минеральные зёрна расположены беспорядочно);

- пузырчатая;

- флюидальная (в виде заствыших струй);

- слоистая (минеральные массы в виде слоёв);

- сланцеватая;

- полосчатая;

- пятнистая и пр.

Массивная характерна для магматических интрузивных горных пород, а также для некоторых метаморфических и осадочных горных пород.

Пузырчатая и флюидальная – для магматических эффузивных горных пород.

Слоистая – для большинства осадочных горных пород.

Анизотропные, т.е. неоднородные текстуры, характерны для метаморфических горных пород. Такими являются сланцеватая, плойчатая, полосчатая, пятнистая текстуры.

Определение наименования горной породы рекомендуется проводить в последовательности, приведенной в табл. 2.

Таблица 2 - Последовательность определения горной породы

2. Магматические горные породы

Магма представляет собой силикатный расплав, насыщенный водой и газами. Выделяют несколько разновидностей магмы по химическому составу и глубине формирования. По содержанию кремнезёма (SiO₂) магма и магматические породы, образовавшиеся из неё, подразделяются на:

- ультраосновные с содержанием кремнезёма менее 45%;

- основные с содержанием кремнезёма 45-52%;

- средние с содержанием кремнезёма 52-65%;

- кислые с содержанием кремнезёма более 65%.

Наиболее распространены магматические горные породы основного и кислого состав, менее распространены породы ультраосновного состава, а породы среднего состава встречаются ограниченно.

Магматические горные породы по условиям образования подразделяются на:

- интрузивные (плутонические), образовавшиеся при остывании, затвердевании и кристаллизации магмы в недрах Земли. В результате медленного, в течение миллионов лет, остывания магмы все минералы успевают выкристаллизоваться, поэтому магматические интрузивные породы приобретают полнокристаллическую структуру. Гипабиссальные породы залегают на меньших глубинах, чем плутонические;

- вулканические (эффузивные и эксплозивные).

Эффузивные образуются из магмы, которая вышла на земную поверхность. Магма, вышедшая на земную поверхность, потерявшая газы и воду, называется лава. Лава, которая застывает вблизи вулканов, вязкая и имеет высокое содержание кремнезёма (кислая). Лава, которая растекается далеко, имеет низкую вязкость, а по содержанию кремнезёма – основного или ультраосновного состава. Поскольку в верхних слоях лавы и внутри неё температура резко отличается, то часть минералов успевает выкристаллизоваться, а часть застывает в виде стекловатой массы. У эффузивных пород структура либо неполнокристаллическая, либо стекловатая.

Эксплозивные образуются в результате вулканизма взрывного характера. В этом случае при извержении вулкана образуется большле количество обломочного материала различного размера (пепел, лапилли, бомбы), из которого формируются вулканогенно-обломочные горные породы.

В минеральном составе магматических горных пород выявлено не более десяти минералов. Главными породообразующими из них являются полевые шпаты, амфиболы, пироксены, слюды, оливин, кварц. Часть минералов тёмноцветные (амфиболы, пироксены, оливин), другие минералы светлоокрашенные (полевые шпаты, кварц).

Ультраосновные и основные магматические породы имеют тёмную окраску, т.к. содержат незначительное количество кремнезёма, а кислые – светлой окраски.

Структуры магматических пород:

а) по степени кристаллизации выделяют:

- полнокристаллическую структуру, когда нет нераскристаллизованного вещества, т.е. когда вся горная порода состоит из минеральных зёрен того или иного размера;

- неполнокристаллическую структуру, когда наряду с минеральными зёрнами присутствует стекловатое (нераскристаллизованное) вещество;

- стекловатую.

б) по относительному размеру минеральных зёрен выделяют:

- равномернозернистую структуру, когда минеральные зёрна примерно одинокового размера;

- неравномернозернистую структуру, когда присутсвуют минеральные зёрна разного размера;

- порфировую структуру, когда отдельные минеральные зёрна значительно отличаются по размеру от основной массы.

в) по абсолютному размеру минеральных зёрен выделяют:

- гигантозернистую структуру с размерами зёрен более 10 мм;

- крупозернистую структуру с размерами зёрен 5 – 10мм;

- среднезернистую структуру с размерами зёрен 1 – 5 мм;

- мелкозернистую структуру с размерами зёрен 0,1 – 1 мм;

- микрозернистую (тонкозернистую) структуру с размерами минеральных зёрен менее 0,1 мм.

Текстура магматических пород по способу заполнения веществом пространства могут быть:

- плотная (у интрузивных пород и вулканичекого стекла);

- пористая (у эффузивных пород).

Основными текстурами плотных магматических пород, хорошо распознающимися при макроскопических (визуальных) исследованиях, являются:массивная, полосчатая, пятнистая, флюидальная (флюиды – струи). Основными текстурами пористых магматических пород являются пузырчатая, пенистая, миндалекаменная.

Руководствуясь рекомендациями таблиц 3 и 4, определим наименование горной породы магматического происхождения.

Таблица 3 - Определитель магматических пород (интрузивных, вулканических эффузивных)

Плутонические (интрузивные) породы

Перидотит

Перидотит (от франц. peridot - перидот, устаревшее название оливина)

По условиям образования – интрузивная ГП

По содержанию кремнезёма – ультраосновная ГП

Минеральный состав - состоит главным образом из оливина (Mg,Fe)₂[SiO₄] (70-30%) и пироксенов (Mg, Fe, Ca)₂Si₂O₆ (30-70%), иногда с роговой обманкой

Оливин в виде желто-зеленых зерен неправильной формы, пироксен - в виде таблитчатых кристаллов черного цвета с металловидным блеском

Второстепенные (акцессорные) минералы – серпентин, магнетит, гранат, пирротин, хромит, шпинель и др., иногда перидотиты содержат платину и некоторые никелевые минералы.

Окраска - тёмная, чаще всего зелёная или зеленовато-серая

Структура - полнокристаллическая, равномернозернистая (чаще среднезернистая, крупнозернистая)

Текстура - массивная

Первичные формы залегания - батолиты, штоки

Отдельность - пластовая, параллелепипедальная.

Разновидности:

- гарцбургит - перидотит с ромбическим пироксеном;

- верлит – перидотит с моноклинным – пироксеном;

- лерцолит – перидотит с моноклинным и ромбическим пироксеном одновременно.

Пироксенит

По условиям образования – интрузивная ГП

По содержанию кремнезёма – ультраосновная ГП

Минеральный состав – пироксены, роговая обманка, акцессорные минералы – оливин, биотит, гранат, рудные минералы (магнетит, ильменит)

Окраска - тёмная, темно-зеленая, почти чёрная

Структура - полнокристаллическая, равномернозернистая

Текстура - массивная

Первичные формы залегания - батолиты, штоки

Отдельность - пластовая, параллелепипедальная.

Перидотиты занимают промежуточное положение между перидотитами габбро

Габбро

Габбро (по названию местности в Северной Итал. gabbro)

По условиям образования – интрузивная ГП

По содержанию кремнезёма – основная ГП

Минеральный состав - главными минералами габбро являются основной плагиоклаз, лабрадор и пироксен, иногда также содержатся оливин, ромбический пироксен, роговая обманка и кварц.

Второстепенные (акцессорные) минералы - апатит, ильменит, титаномагнетит, сфен иногда хромит

Окраска - чёрная, тёмно-зелёная, иногда пятнистая

Структура - полнокристаллическая, равномернозернистая (чаще крупнозернистая, среднезернистая)

Текстура - массивная, иногда пятнистая, полосчатая

Форма залегания - крупные лакколиты, лополиты, силлы и штоки

Отдельность - пластовая, параллелепипедальная.

Разновидности:

- анортозит — без темноцветных минералов, состоит на 85-90% из плагиоклаза. Известны лабрадориты, плагиоклазы которых часто обладают красивой голубоватой или зеленоватой игрой цветов;

- нориты — состоят из плагиоклаза и ромбических пироксенов;

- троктолиты — состоят из плагиоклаза и оливина, пироксен отсутствует;

- оливиновое габбро - если в габбро вместе с пироксеном присутствует оливин (>5 %)

Практическое значение:

- габбро иногда содержат скопления рудных минералов и в этих случаях могут использоваться как руды меди, никеля и титана;

- часто применяются в качестве облицовочного камня высокой прочности для наружной и внутренней облицовки, преимущественно в виде полированных плит;

- применяются в качестве строительного материала для приготовления щебня и дорожного камня.

Диабаз

Диабаз (фр. diabase)

По условиям образования – интрузивная ГП

По содержанию кремнезёма – основная ГП

Минеральный состав - аналогичен минеральному составу габбро

Окраска - тёмно-серая или зеленовато-чёрная

Структура - полнокристаллическая мелкозернистая, отличается от структуры габбро; образована беспорядочно расположенными вытянутыми кристалликами плагиоклаза, промежутки между которыми заполнены авгитом.

Текстура - массивная

Форма залегания:

- неглубоко застывшие тела (дайки, силлы), мощность которых колеблется от нескольких сантиметров до 200 м и более;

- слагает центральные наиболее раскристаллизованные участки эффузивных покровов.

Диабазы весьма распространены в областях с пологим залеганием осадочных горных пород, а также среди вулканических лав и туфов.

Практическое значение:

- применяется для мощения улиц и при производстве литых каменных изделий;

- применяется в архитектуре. Из крымского диабаза построен Воронцовский дворец в Алупке (Крым). Крымским диабазом вымощена Красная площадь в Москве.

Диорит

Диорит (фр. diorite, греч. diorfzo — разграничиваю, различаю)

По условиям образования – интрузивная ГП

По содержанию кремнезёма – средняя ГП

Минеральный состав - главными минералами являются кислый плагиоклаз (андезин или олигоклаз), роговая обманка, реже авгит и биотит, кварц, иногда присутствует калиевый полевой шпат. Акцессорные минералы представлены титанитом, апатитом, магнетитом, ильменитом, цирконом

Окраска - обычно тёмно-зеленая или коричнево-зеленая

Структура - полнокристаллическая, равномернозернистая, от мелко- до гигантозернистой, иногда порфировидная

Текстура - массивная

Форма залегания - штоки, жилы, лакколиты и др. интрузивные массивы. Диориты часто встречаются совместно с гранитами, слагая отдельные фазы внедрения сложнопостроенных батолитов

Отдельность - пластовая, параллелепипедальная

Разновидности - различают разновидности: кварцевые, бескварцевые, роговообманковые, авгитовые и биотитовые диориты

Практическое значение:

- служит строительным материалом, используется для облицовки зданий, изготовления ваз, столешниц, постаментов и т. д. В Древнем Египте и древней Месопотамии использовался и как скульптурный материал. В связи с диоритами часто развиваются золотоносные кварцевые жилы.

Гранит

Гранит (итал. granito, от лат. granum — зерно)

По условиям образования – интрузивная ГП

По содержанию кремнезёма – кислая ГП

Минеральный состав гранита:

- полевые шпаты (кислый плагиоклаз и калиевый полевой шпат, причём
последний преобладает) — 60-65 %;

- кварц —25-30%;

- темноцветные минералы (слюда биотит, редко роговая обманка) 5-10%

Окраска – в зависимости от окраски полевых шпатов (мясо-красная, желтая, серая)

Структура - полнокристаллическая, равномернозернистая или неравномернозернистая, от мелко- до гигантозернистой, иногда порфировидная

Текстура - массивная

Формы залегания - батолит, шток

Отдельность - пластовая, параллелепипедальная, матрецевидная

Разновидности:

- порфировидный гранит — содержит удлинённые либо изометричные вкрапленники, более или менее существенно отличающиеся по размерам от основной массы (иногда достигают 10-15 см) и обычно представленные ортоклазом или микроклином, реже кварцем. В Карелии такой гранит называют «рапакиви»

Изменения в результате экзогенного выветривания:

При выветривании гранитов из полевых шпатов образуется каолин и другие глинистые минералы, кварц обычно остается неизменным, а слюды желтеют и часто называются «кошачьим золотом»

Распространенность - граниты очень широко распространены в континентальной земной коре. Эффузивный аналог гранита называется риолит. Граниты играют огромную роль в строении коры континентов Земли

По условиям образования могут быть разделены на две группы. Первая, характерная для океанических островов и континентальных рифтов, представляет собой продукт дифференциации щелочно-базальтовой магмы. Вторая, включает внутриплитные плутоны, не связанные непосредственно с рифтогенезом, а приуроченные к горячим точкам. Происхождение этой группы связывают с плавлением нижних частей континентальной коры под влиянием дополнительного источника тепла. Наибольшие объёмы гранитов образуются в зонах коллизии, где сталкиваются две континентальные плиты и происходит утолщение континентальной коры. По мнению некоторых исследователей, в утолщённой коллизионной коре образуется целый слой гранитного расплава на уровне средней коры (глубина 10-20 км). Кроме того, гранитный магматизм характерен для активных континентальных окраин (Андские батолиты), и, в меньшей степени, для островных дуг.

Практическое значение

С гранитами связаны месторождения Sn, W, Mo, Li, Be, B, Rb, Bi, Та. Эти элементы концентрируются в поздних порциях гранитного расплава и в постмагматическом флюиде.

Гранит является одной из самых плотных, твёрдых и прочных пород. Используется в строительстве в качестве облицовочного материала.

Кроме того, гранит имеет низкое водопоглощение и высокую устойчивость к морозу и загрязнениям. Вот почему он оптимален для мощения как внутри помещения, так и снаружи. Однако стоит помнить, что такое помещение будет иметь несколько более высокий радиационный фон, в связи с чем не рекомендуется облицовывать гранитом жилые помещения. В интерьере гранит применяется также для отделки стен, лестниц, создания столешниц и колонн. Используется для изготовления памятников и на гранитный щебень.

Крупнейшие месторождения гранита в России и странах СНГ:

- Гранит Джильтау (Казахстан, Джамбульская область);

- Куртинский гранит (Казахстан, Алматинская область);

- Покостовский гранит, Межиричский гранит (Цветок Украины) - Украина;

- Капустинский гранит (Украина);

- Суховязский гранит (Россия, Урал);

- Мансуровский гранит (Россия, Урал);

- Южно-Султаевский гранит (Россия, Урал, Челябинская область).

Пегматит

По условиям образования – интрузивная ГП

По содержанию кремнезёма – кислая ГП

Минеральный состав аналогичен граниту:

§ полевые шпаты (обычно калиевый полевой шпат, но в некоторых разностях широко развит плагиоклаз

§ кварц —25-30%;

§ темноцветные минералы (слюда биотит, редко роговая обманка) 5-10%

Окраска – в зависимости от окраски полевых шпатов (мясо-красная, желтая, серая)

Структура - полнокристаллическая, неравномернозернистая, с крупными, иногда громадными, измеряемыми метрами, кристаллами.

Пегматит, в котором полевой шпат и кварц, закономерно прорастая друг в друга, образуют структуру, напоминающую древнееврейские письмена, называется письменным гранитом

Текстура - массивная

Формы залегания - жила, шток

Отдельность - пластовая, параллелепипедальная, матрецевидная

Практическое значение – с пегматитовыми жилами связаны месторождения редких металлов, слюды мусковит, драгоценных камней (изумруд, горного хрусталь, аквамарин, турмалин, берилл и др.), керамического сырья

Гранодиорит

По условиям образования – интрузивная ГП

По содержанию кремнезёма – кислая ГП

Минеральный состав – промежуточный состав между гранитом и кварцевым диоритом, состоит из полевых шпатов (с преобладанием плагиоклаза над калиевым полевым шпатом), кварца и подчинённой роговой обманки и слюды биотит

Окраска – светло-серая

Структура - полнокристаллическая, равномернозернистая, мелкозернистая

Текстура - массивная

Формы залегания - батолит, шток, жила

Вулканические эффузивные (излившиеся) породы

Базальт

По условиям образования – эффузивная ГП

По содержанию кремнезёма – основная ГП

Минеральный состав - основной плагиоклаз, авгит, рудные минералы, часто оливин, с миндалинами кальцита, цеолита, кварца, халцедона

Структура - полнокристаллическая мелкозернистая, афанитовая, отличается от структуры габбро; образована беспорядочно расположенными вытянутыми кристалликами плагиоклаза, промежутки между которыми заполнены авгитом.

Текстура - массивная, нередко пористая, иногда миндалекаменная

Форма залегания – поток, покров

Отдельность:

- столбчатая отдельность характерна для базальтовых потоков. Она возникает вследствие неравномерного остывания породы при излиянии магмы на земную поверхность;

- подушечная отдельность характерна для морских базальтов. Она образуется в результате быстрого охлаждения поверхности лавового потока водой. Поступающая магма приподнимает сформировавшийся панцирь, вытекает из-под него и образует следующую подушку.

Распространенность. Базальты — самые распространённые магматические породы на поверхности Земли. Основная масса базальтов образуется в срединно-океанических хребтах и формирует океаническую кору. Кроме того базальты типичны для обстановок активных континентальных окраин, рифтогенеза и внутриплитного магматизма. При кристаллизации базальтовой магмы на глубине обычно образуются сильно дифференцированные, расслоённые интрузии (такие как Норильские, Бушвельд и другие). В таких массивах встречаются месторождения медно-никелевых руд и платиноидов.

Изменения. Базальты очень легко изменяются гидротермальными процессами. При этом плагиоклаз замещается слюдой серицит, оливин - серпентином, основная масса хлоритизируется и в результате порода приобретает зеленоватый или синеватый цвет. Особенно интенсивно изменяются базальты, изливающиеся на дне морей. Они активно взаимодействуют с водой, при этом из них выносятся и оседают многие компоненты. Этот процесс имеет большое значение для геохимического баланса некоторых элементов. Так, большая часть марганца поступает в океан именно таким способом. Взаимодействие с водой кардинальным образом меняет состав морских базальтов. Это влияние можно оценить и использовать для реконструкций условий древних океанов по базальтам. При метаморфизме базальты, в зависимости от условий, превращаются в зелёные сланцы, амфиболиты и другие метаморфические породы. При метаморфизме базальтов при значительных давлениях они превращаются в голубые сланцы, а при высоких температурах и давлениях в эклогиты, состоящие из пиропового граната и натриевого клинопироксена — омфацита. Практическое значение:

- используют как сырье для щебня;

- для производства базальтового волокна (для производства теплозвукоизоляционных материалов);

- это основное сырье для производства каменного литья и кислотоупорного порошка;

- используют в качестве наполнителя для бетона;

- часто используется для наружной отделки зданий и в качестве материала для скульптур, устанавливаемых на открытом воздухе.

Строительные свойства:

- прочный;

- долговечный, т.е. устойчивый к выветриванию;

- огнеупорный;

- звукоизоляционный;

- теплоизоляционный;

- экологически чистый;

- химически и пожаростойкий.

Такие свойства, как теплоизоляционные и шумопоглощающие обеспечивают отличные условия для использования в жилых помещениях, где необходимо создать условия, близкие, поистине, к идеальным! Таким образом, камень выдерживает температуру свыше 1500 градусов по Цельсию и используется в качестве противопожарной защиты. Работа разрешена в присутствии с маслами, красками, в щелочной или кислотной среде.

Вулканические породы излившиеся (эффузивные) непостоянного химического состава

Обсидиан

Обсидиан (по имени римлянина Обсиуса, привезшео этот камень из Эфиопии)

Окраска (цвет) – чёрная, красновато-коричневая плотная однородная порода со стеклянным блеском, с неровным (раковистым) изломом

Структура – стекловатая

Текстура – флюидальная, создающая впечатление вязкой текучей массы

Содержание воды 1%

Формы залегания - поток, покров

Применение – в качестве поделочного материала

Перлит

Окраска (цвет) – светло-серая с пермамутровым или жирным смоляным блеском

Структура – стекловатая

Текстура - флюидальнаяСодержание воды в отличие от обсидиана 5 – 10%, поэтому при нагревании до 1000-1200°С перлиты вспучиваются, многократно увеличиваются в объёме вследствие выделения воды

Применение - в производстве теплоизоляционных материалов

Пемза

от лат. pemus - пена

Окраска (цвет) – белая, серая, жёлтая, светло-коричневая, иногда чёрная

Структура – скрытокристаллическая

Текстура – пористая. Порода представляет собой вспенившуюся крупнопузырчатую массу

Отличительные свойства – плотность около 1 г/см³, порода очень лёгкая

Применение – для изготовления пемзобетона, для изготовления абразивных порошков

Вулканические обломочные (пирокластические) породы

При взрывном (эксплозивном) извержении вулканов кроме излиянии лавы происходит выброс в атмосферу большого количества обломочного материала. Размер обломков различный: от 0,5 мм до 50 мм и более (табл. 2). Падая на земную поверхность, они формируют массы рыхлого обломочного материала. Со временем они уплотняются, цементируется под воздействием водных растворов и превращаются в прочные породы, которые называют вулканические туфы.

Таблица 4 - Определитель магматических пород (вулканических эксплозивных)

Структура пород определяется по фракции обломков, которая составляет более 50% объёма породы (бомбовая, лапиллиевая, пепловая). В наименовании вулканической обломочной породы следует указать наименование обломочного материала согласно табл. 1.

Пример наименования вулканической обломочной породы: туф базальтовый пепловой структуры.

3. Осадочные горные породы

Осадочные породы образуются из осадков. Осадки могут быть механическими (обломочными), химические и органическми. Осадки накапливаются 1) в континентальных условиях (в реках, на склонах, в болотах, озёрах и т.д), 2) в лагунных условиях, 3) в морских условиях. Обломки могут перемещаться под действием водных потоков (русловых- реки, ручьи, нерусловых – плоский поток на склонах), ледников, морских течений, сил гравитации, ветровых потоков.

Из механических осадков, т.е. из обломков, формируются обломочные осадочные горные породы. Они состоят из обломков различных минералов. Обломки появляются в процессе экзогенного выветривания ранее образовавшихся горных пород. По рамеру и окатанности выделяют следующие фракции обломочных частиц:

- валун (окатанный), глыба (неокатанная) с размером более 200 мм;

- галька (окатанная), щебень (неокатанный) с размером от 10 до 200 мм;

- гравий (окатанный), дресва (неокатанная) с размером от 2 до 10 мм;

- песчаные частицы (псаммитовые) с размером от 0,05 до 2 мм);

- пылеватые частицы (алевритовые) с размером от 0,005 до 0,05 мм;

- глинистые частицы (пелитовые) с размерм менее 0,005 мм.

Обломки размером более 2 мм называют крупными обломками.

Хемогенные осадочные горных породы образуются из химических осадков, осаждение которых начинается после достижения предел насыщения водного раствора. Они возникают в услових лагун (мелководные участки моря). Органогенные осадочные горные породы образуются в результате отмирания живых организмов. Так или иначе сформировавшийся, вначале рыхлый, осадок с течением времени уплотняется, из него отжимается вода, и осадок окамененвает.

Процесс образования осадочных пород называется литогенез. В литогенезе различают следующие стадии:

- стадия выветривания (гипергенез);

- стадия переноса, осаждения (седиментогенез);

-- стадия уплотнения, дегидратации, цементации (диагенез).

Под цементом в данном случае понимают тонкодисперсный материал, заполняющий пространство между обломками и скрепляющий их. Цементирующее вещество может появляться одновременно с обломками или спустя какое-то время в результате осаждения солей из движущихся водных растворов.

Цементирующее вещество может быть глинистым, песчаным, карбонатным (известковым), кремневым (кварцевым), железистым и пр. Глинистый цемент узнают по размоканию в воде, известковый – по реакции с разбавленной соляной кислотой, кварцевый – по высокой твёрдости (он царапает стекло) и блеску, железистый – по бурой, красной окраске и большой плотности. Реже встречаются другие виды цемента.

Минеральный состав обломочных пород представлен в основном минералами, устойчивыми к экзогенному выветриванию:кварц, халцедон, опал, оксиды железа, марганца, минералы группы каолинита и пр.

Осадочные горные породы по структурным связям подразделяются на скальные (с жесткими кристаллизационными и цементационными связями) и нескальные (дисперсные, которые состоят из обломков, слабо связанных между собой).

Текстура скальных осадочных пород может быть:

- слоистая;

-- пористая (микропористая, мелкопористая, крупнопористая, кавернозная);

- массивная.

Слоистая текстура в зависимости от ширины слоев может изменяться от тонко- до толстослоистой. При очень большой ширине слоев может называться массивной. При микропористой текстуре поры (пространства между обломками) не видны невооружённым взглядом. При крупнопористой размер пор от 0,5 до 2,5 мм.

Текстура нескальных осадочных пород – рыхлая.

Структура обломочных пород обломочная и выделяется по размеру обломков. При наличии крупных обломков размером более 2 мм в названии структуры учитывается их окатанность.

Хемогенные породы имеют структуру:

- зернистую (мелкозернистая с размерами минеральных зерен 0,1-0,25 мм, среднезернистая с размерами зерен 0,25 – 0,5 мм, крупнозернистую с размерами зерен 0,5 – 2 мм;

- оолитовую, когда порода состоит из мелких шаровидных стяжений различного размера, которые называются оолиты..

Для органогенных пород характерны биоморфная и детритовая структуры.. Биоморфной структура называется при хорошей сохранности минеральных частей организмов. При детритовой структуре имеются только мелкие обломки скелетов.

Окраска осадочных пород зависит:

- от цвета минералов, участвующих в составе породы;

- от цвета примесей.

Осадочные породы без примесей имеют светлую окраску. Органические вещества в зависимости от содержания придают серую до чёрной окраску. Оксиды железа придают жёлтую, бурую, красноватую окраску. Синеватый, зеленоватый оттенок свидетельствуют о формировании осадка в застойных условиях (старицы, заболоченные участки, зарастающие озёра, речные заводи, омуты).

Таблица 5 – Осадочные горные породы

Известняк

Известняк — осадочная карбонатная порода органического, хемогенного или обломочного происхождения.

Известняк, состоящий преимущественно из раковин морских животных и их обломков, называется ракушечником.

Условия образования:

- пресноводные известняки, обычно не содержащие органических остатков и залегающие среди континентальных песчано-глинистых отложений;

- известняки, отложенные в солоноватых бассейнах;

- морские известняки, встречающиеся наиболее часто

Минеральный состав – на 95 % из СаСО_З (карбоната кальция) в форме кристаллов кальцита различного размера

Окраска – различная в зависимости от количества и характера примесей. Чистые разности белые, желтоватые, светло-серые

Структура – зернистая (крупно-, средне-, или мелкозернистая), органогенная, обломочная

Текстура - слоистая

Формы залегания - пласт (слой)

Диагностическое свойство - унаследовано от минерала кальцит, поэтому в куске бурно реагирует с 5%-соляной кислотой с образованием углекислого газа

Особые свойства

Входящие в состав известняка вещества способны, хотя и в малых количествах, но растворяться в воде, а также медленно разлагаться на углекислый газ и соответствующие основания.

Первый процесс — важнейший фактор образования карстовых пещер.

Второй процесс, происходящий на больших глубинах под действием глубинного тепла Земли, даёт источник газа для минеральных вод.

При метаморфизме известняки перекристаллизовываются и образуют мрамор.

Применение:

- в качестве строительного материала при облицовке интерьера зданий;

- мелкозернистые разновидности использовали для создания скульптур;

- обжиг известняка даёт негашёную известь — древний вяжущий материал, до сего времени применяемый в строительстве;

- одним из основных строительных материалов, получаемых из известняка, является известняковый щебень, который широко используется в дорожном строительстве и в производстве бетонов.

Доломит

Доломит - осадочная карбонатная горная порода.

Условия образования – в морских заливах и лагунах за счёт выпадения из воды повышенной солёности, а также за счёт доломитизации (замещения доломитом) известкового ила в процессе диагенеза

Минеральный состав – на 90% из минерала доломит. Минерал получил название в честь Деода де Доломьё (1750—1801), французского минералога и геолога. Примеси – кальцит, гипс, флюорит, магнезит и др.

Окраска – в основном светлая - желтоватых, серых оттенков

Структура – зернистая

Текстура – слоистая

Формы залегания - пласт (слой)

Особые свойства

Внешне доломит похож на известняк, но реагирует с 5%-соляной кислотой только в порошкообразном виде.Входящие в состав доломита вещества способны, хотя и в малых количествах, но растворяться в воде. Это приводит к образованию карста.

Применение:

- для производства магнезиальных цементов;

- огнеупорный материал;

- флюс в чёрной металлургии;

- сырьё в химической промышленности, стекольном производстве;

- средство борьбы с насекомыми. Обладая абсолютной
нетоксичностью по отношению к любым живым существам,
тонко молотый доломит вызывает абразивное разрушение
хитиновых покровов у насекомых;

- плиты и изделия из доломита используются для отделки помещений,
облицовки как снаружи, так и внутри;

- доломитовая мука используется для раскисления почв.

Мергель

Мергель — осадочная горная порода, переходная от известняков и доломитов к глинистым породам

Условия образования – в морских , а также пресноводных водоемах

Минеральный состав – смешанный глинисто-карбонатный:

: 50 — 75 % карбонат (кальцит, реже доломит), 25 — 50 % — нерастворимый глинисто-песчаный материал (SiO₂ + R₂O₃). В зависимости от состава породообразующих карбонатных минералов мергели делятся на известковые и доломитовые.

Окраска – в основном светлая - желтоватых, серых оттенков

Структура – тонкозернистая

Текстура – слоистая

Формы залегания - пласт (слой)

Особые свойства - мергель малоустойчив к атмосферным воздействиям

Применение:

- в качестве сырья для производства портландцемента

Песчаник

Песчаник — обломочная осадочная горная порода

Условия образования - морские, континентальные

Зерновой состав – преобладают обломки размером от 0,05 мм до 2 мм (песчаные частицы), связанные между собой каким-либо минеральным веществом (цементом), например, глинистым, карбонатным, кремнистым, железистым

Минеральный состав: кварц, полевой шпат, слюды и многие другие минералы

По минеральному составу обломочного материала выделяют мономиктовые, олигомиктовые и полимиктовые разновидности. К олигомиктовым относят кварцевые песчаники (более 90% обломочного материала составляет кварц), полевошпатово-кварцевые, слюдисто-кварцевые и др. (кварца 60—90%). Среди полимиктовых разновидностей выделяют:

-аркозы — песчаники с заметным преобладанием полевых шпатов над кварцем;

-граувакки — песчаники, имеющие сложный состав, в частности содержащие большое число обломков горных пород и цемент из тонокозернистого обломочного материала (алевритовой и пелитовой размерности)

Окраска – в основном светлая, желтоватых, серых оттенков

Структура - обломочная

Текстура - слоистая

Формы залегания - пласт (слой)

Особые свойства - наиболее высокие физико-механические свойства имеет песчаник с железистым, кремнистым и карбонатным цементирующим веществом, худшие — с глинистым цементирующим веществом

Применение:

- в строительстве в качестве стенового и облицовочного материала, бутового камня, щебня различного назначения. Кварцевый песчаник с содержанием кремнезёма SiO₂ выше 95% используется для производства динаса, в качестве флюса при выплавке меди и никеля, для изготовления стекла и др.

Алевролит

Алевролит — обломочная осадочная порода

Условия образования - морские, континентальные

Зерновой состав – преобладают обломки размером от 0,005 мм до 0,05 мм (пылеватые частицы), связанные между собой каким-либо минеральным веществом (цементом)

Минеральный состав: кварц, полевой шпат, слюды и многие другие минералы

Окраска – в основном светлая

Структура - тонкообломочная

Текстура - тонкослоистая

Формы залегания - пласт (слой)

Аргиллит

Аргиллит—обломочная осадочная порода.

Название «аргиллит» минерал получил от греческих слов argillos — глина и lithos — камень. Другие названия минерала и его разновидностей: зебровый камень, грязевой камень, мадстоун, хаилит.

Условия образования - морские, континентальные. Образуются при уплотнении, дегидратации и цементации глин

Зерновой состав – преобладают обломки размером менее 0,005 мм (глинистые частицы)

Минеральный состав: глинистые минералы, кварц, полевой шпат, слюды и многие другие минералы

Окраска – в основном светлая

Структура - тонкообломочная

Текстура - тонкослоистая, массивная, плитчатая

Формы залегания - пласт (слой)

Особые свойства - не размокает в воде

Опока

Опока—кремнистая осадочная порода хемогенного происхождения.

Условия образования - морские

Минеральный состав: тонкозернистый опал (90%), с примесью створок диатомей, радиолярий, спикул губок, мелких обломков кварца, полевых шпатов, глауконита и глинистого вещества

Окраска – в основном тёмная, почти чёрная

Структура - тонкозернистая

Текстура - массивная

Формы залегания - пласт (слой)

Особые свойства:

- небольшая плотность, порода очень лёгкая;

- микропористость, порода прилипает к влажным поверхностям

Распространение:

широко распространена в отложениях мелового и нижнепалеогенового возраста (Поволжье, восточный склон Урала, в европейской части России и др.).

Применение:

- как адсорбент, в газовой, химической и др. отраслях промышленности, при производстве цемента

Трепел

Трепел - название происходит от города Триполи в Ливии, вблизи которого долгое время велась добыча этого ископаемого

Трепел—кремнистая осадочная порода хемогенного происхождения.

Условия образования - морские

Минеральный состав: в основном из разрушенных скелетов диатомовых водорослей

Окраска – белая, желтоватая

Структура - тонкозернистая

Текстура - массивная

Формы залегания - пласт (слой)

Особые свойства:

- небольшая плотность, порода очень лёгкая;

- микропористость

Распространение:

широко распространён в отложениях мелового и нижнепалеогенового возраста (Поволжье, восточный склон Урала, в европейской части России и др.).

Применение:

- как адсорбент

Диатомит

Диатомит (кизельгур) — осадочная горная порода, состоящая преимущественно из останков диатомовых водорослей

Условия образования - образуется из диатомитового ила, накопившегося в древних морях и озерах.

Минеральный состав - образован в основном из кремнистых створок разного вида диатомовых водорослей в смеси с глинистым и кремнистым материалом

Окраска - белая, серая или розоватая

Структура - слоистая

Происхождение: диатомиты возникли при осаждении кремнистых створок диатомовых водорослей и имеют пресноводное и морское происхождение. Они образовывались, начиная с третичного периода и до наших дней.

Применение:

- кизельгур обладает большой пористостью, способностью к адсорбции, слабой тепло- и звукопроводностью, тугоплавкостью и кислотостойкостью. Кизельгур используется как адсорбент и фильтр в текстильной, нефтехимической, пищевой промышленности, в производстве антибиотиков, бумаги, различных пластических материалов, красок; как сырье для жидкого стекла и глазури; в качестве строительного тепло- и звукоизоляционного материалов, добавок к некоторым типам цемента; полировального материала (в составе паст) для металлов и мраморов; как инсектицид, вызывающий гибель вредителей и т. д.

В России кизельгур стали добывать ещё в XVIII в. в Симбирской губернии. Сейчас в Ульяновской области на базе Инзенского месторождения действует крупный диатомовый комбинат, производящий теплоизоляционный кирпич и пенодиатомитовую крошку. Месторождения кизельгура есть в Пензенской, Ростовской, Свердловской, Костромской, Калужской и многих других областях России.). Добываемый неподалеку от г. Дмитрова Московской области использовали как добавку в бетон при строительстве канала Москва-Волга. Когда крупные месторождения кизельгура в 80-е гг. XX в. были обнаружены в Сибири, событие считали сопоставимым по значимости с открытием тюменского месторождения нефти.

Кизельгур прославил и обогатил Альфреда Нобеля (1833—1896), который довольно долго пытался превратить чрезвычайно взрывчатый нитроглицерин в более безопасное, но столь же мощное взрывчатое вещество. Нобель подобно многим другим исследователям пытался использовать нитроглицерин в виде композита. Для этого смешивали нитроглицерин с мелом, кирпичной крошкой и многими другими веществами, но только Нобелю удалось найти идеально подходящий наполнитель. Изобретенный Нобелем динамит — это кизельгур, пропитанный нитроглицерином.

Боксит

Боксит – по дер Бо (Beaux), Франция – руда, состоящая в основном из минералов гидрооксида алюминия

По условиям образования бывают элювиальные, осадочные и карстовые

Минеральный состав – гидрооксиды алюминия

Окраска – чаще красная, тёмно-красная, бурая, реже белая, серая, чёрная, зелёная

Структура – афанитовая, бобовая

Текстура – массивная

Формы залегания - пласт (слой)

Особые свойства - мергель малоустойчив к атмосферным воздействиям

Применение:

- главная руда для получения алюминия;

- для получения быстротвердеющего портландцемента, квасцов, глиноземистых огнеупоров высоких марок;

- в качестве флюса, адсорбента

4. Метаморфические горные породы

Метаморфические горные породы имеет жесткие кристаллизационные связи между минеральными зернами, т.е. являются скальными. Они образуются в результате преобразования (метаморфизма) из исходных пород любого происхождения (магматических, осадочных, других метаморфических пород).

Факторы метаморфизма:

- температура;

- давление;

- флюиды (растворы и газы, проникающие в породы).

Происходит перекристаллизация пород в твёрдом виде или пластичном без существенного плавления – это сложный процесс замещения одних минералов – жругими, более устойчивыми при новых термодинамических условиях.. Важная роль при этом отводится флюидам, которые способствуют реакциям замещения. минеральный состав метаморфических пород ранообразный, обусловлен широким диапазоном термодинамических условий и составом исходных горных пород. Типичными для метаморфических пород являются: гранат, тальк, хлорит, серпентин, серицит (слюда светлая), эридот, актинолит, ставролит, кианит (дистен), алмаз, пироп, пироксен. Изменяя свой минеральный состав, порода приспосабливается к изменившимся температре и давлению, т.е. термодинамическим условиям.

Давление увеличивается за счет давления вышележащих слоёв, давления движущейся магмы, при тектонических движениях земной коры. Температура увеличивается при погружении горной породы. С глубиной температура повышается в среднем на 30° на 1 км (так называемый геотермический градиент).

Температура возрастает также на контакте с очагом магмы.

В зависимости от условий образования метаморфические породы подразделяются на:

- регионально метаморфические (действующий фактор – температура и давление);

- контактово-метаморфические (действующий фактор – температура, гидротермы, флюиды);-

- дислокационно-метарморфические (действующий фактор – давление).

Возрастающее давление влияет на форму и ориентировку минералов, поэтому за счёт параллельного расположения вытянутых уплощенных или чешуйчатых минералов появляется сланцеватая текстура. Она може осложняться мелкими складками и называется плойчатая текстура. Текстура со слабо выраженной оринтировкой минералов называется гнейсовой. Кроме вышеназванных встречаются массивная, полосчатая, пятнистая текстуры.

Большинство метаморфических пород имеют полнокристаллическую структуру, реже встречается обломочная.

Определение наименования метаморфических пород можно провести согласно таблице 6.

Таблица 6 - Определитель метаморфических пород

Мрамор

Мрамор (с греч. «сияющий камень») — метаморфическая горная порода, Мрамор образуется при метаморфизме известняка, состоящего в основном из кальцита СаСО_З. При перекристализации доломита CaMg(CO₃)₂ образуется мрамор доломитовый.

Минеральный состав — состоит из кальцита (карбоната кальция) или доломита (карбоната кальция и магния) или из обоих минералов. В мраморе почти всегда содержатся примеси других минералов, а также органические соединения. Примеси различно влияют на качество мрамора, снижая или повышая его декоративность.

Окраска мрамора также зависит от примесей. Большинство цветных мраморов имеет пёструю окраску. Оксид железа окрашивает его в красный цвет, высокодисперсный сульфид железа — в сине-чёрный, железосодержащие силикаты (особенно хлорит и эпидот) — в зелёный, лимонит (гидрооксид железа), карбонаты железа и марганца — в жёлтые и бурые тона. Серые, голубоватые и черные цвета могут быть обусловлены также примесями битумов или графита. Рисунок определяется не только строением мрамора, но и направлением, по которому производится распиливание камня. Цвет и рисунок мрамора проявляются после его полировки

Структура — полнокристаллическая зернистая

Текстура — массивная

Месторождения

Месторождения мрамора обнаружены во многих областях России. Самые крупные месторождения мрамора на Урале. Всего на Урале более 20 месторождений. Белый мрамор добывают в Айдырлинском и Коелгинском месторождениях, серый дают Уфалейская и Мраморская залежи, жёлтый поступает с Октябрьского и Починского карьеров, чёрный мрамор приносит Першинское месторождение, розово-красный камень дает Нижне-Тагильская залежь. На Алтае и в Западной Сибири известно свыше 50 месторождений мрамора. Пуштулимское месторождение дает тонкозернистый белый с красно-зелеными прожилками мрамор. Сиренево-розовый камень получают на Громатушинском месторождении. Серо-кремовый мрамор дает Петеневский карьер. В Красноярском крае расположено крупное Кибик-Кордонское месторождение, где более двадцати разновидностей белого, кремового, бледно-розового, оранжевого, жёлтого и зеленовато-серого мрамора.

Применение

В строительной практике «мрамором» называют метаморфические
породы средней твёрдости, принимающие полировку (мрамор,
мраморизованный известняк, плотный доломит, карбонатные
брекчии и карбонатные конгломераты).

Мрамор используется как камень для памятников (монументальной
скульптуры и надгробий), как штучный строительный камень для
наружной облицовки и внутренней отделки зданий и в виде
дроблёного и молотого камня, а также штучного (пильного) камня.
Мраморные доски из чистого кальцитового мрамора применяют в
электротехнике (панели приборных, распределительных,
диспетчерских щитов).

Мраморная крошка и дроблёный песок используются в при изготовлении каменной мозаики и штукатурки, в качестве наполнителей бетона.

Мраморная мука находит применение в сельском хозяйстве.

Мрамор используется также для создания мозаичных композиций, рельефов и круглых изваяний (преимущественно однотонный мрамор, большей частью белый, реже — цветной или чёрный). '

Интересные факты

Единственное в России здание, полностью построенное из нешлифованного мрамора — железнодорожный вокзал в городе Слюдянка.

Кварцит

Кварцит — метаморфическая горная порода.

Минеральный состав - кварц 70-80 %, образуется за счёт метаморфизма кварцевого песка и песчаника. Примеси – слюды, полевые шпаты, гранат, хлорит, оксиды железа. Железистый кварцит называется джеспилит. Он образуется за счёт перекристаллизации железистых песчаников или кремнистых сланцев.

Окраска - белая до светло-серой, примесь железа окрашивает в красноватые оттенки

Структура – полнокристаллическая зернистая

Текстура - массивная, сланцеватая, пятнистая

Применение:

- для изготовления динаса;

- как флюс в металлургии;

- кислотоупорный материал;

- строительный материал (в том числе декоративный) камень;

- в виде щебня в строительстве, для покрытия полов, добавок к бетону

Амфиболит

Образуется в глубинных метаморфических зонах из базальтов, габбро, перидотитов. Амфиболит является довольно распространённой горной породой и характерен для метаморфических комплексов протерозойского возраста

Минеральный состав — в основном роговая обманка, примеси — плагиоклаз, гранат, эпидот, авгит, хлорит, гранат, диопсид, кварц, рудные минералы (ильменит, магнетит).

Окраска – тёмно-зелёная

Структура - полнокристаллическая зернистая

Текстура - гнейсовая, тонкосланцеватая

Сланцы

Сланцы – общее название для метаморфических пород наиболее слабых степеней метаморфизма.

В зависимости от минерального состава выделяют:

- сланцы кварц-слюдяные;

- сланцы кварц-гранат-слюдяные;

- сланцы слюдяные;

- сланцы кремнистые;

- сланцы глинистые;

- сланцы тальковые;

- сланцы углистые;

- сланцы графит-слюдяные

Окраска – серая различных оттенков, зеленоватая

Структура - полнокристаллическая зернистая

Текстура - сланцеватая

Метасоматит

Метасоматоз – разновидность контактового метаморфизма, когда изменения во вмещающих породах происходят под действием гидротермальных растворов и газов. Особенно сильно метасоматоз проявляется в карбонатных породах, которые превращаются в силикатные породы – скарны.

Минеральный состав — карбонаты (известняк, доломит).

В амфиболовых скарнах часто присутствуют халькопирит, золото, галенит, касситерит, сфалерит, тальк, флюорит, хризотил-асбест.

Окраска – серая различных оттенков

Структура - полнокристаллическая озернистая

Текстура - пятнистая, массивная

Гранито-гнейс

Типичная порода регионального метаморфизма.

Образуется в глубинных метаморфических зонах из базальтов, габбро, перидотитов. Амфиболит является довольно распространённой горной породой и характерен для метаморфических комплексов протерозойского возраста

Минеральный состав — примерно соответствует граниту: кварц, полевые шпаты, слюды, роговая обманка. Могут присутствовать гранат, кианит (дистен) и пр.

Окраска – серый, мясо-красный, желтоватый

Структура - полнокристаллическая озернистая

Текстура - полосчатая, пятнистая

Применение:

- для производства дорожного щебня

Яшма

Образуется при метаморфизме кремнистых пород органиче

Дата добавления: 2014-10-17; просмотров: 545; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!