Содержание глава III. Горные породы



страница1/5
Дата27.10.2016
Размер1,13 Mb.
  1   2   3   4   5
Данный файл содержит Главы III – VIII

учебника «Геология и грунтоведение» автор В.М. Безрук,изд-во «Недра», М., 1977.



СОДЕРЖАНИЕ

Глава III. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

§ 8. Классификация горных пород

§ 9. Изверженные горные породы

§ 10. Осадочные горные породы

§ 11. Метаморфические горные породы

§ 12. Определение горных пород


Глава IV. ВЫВЕТРИВАНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД

§ 13. Физическое выветривание

§ 14. Химическое выветривание

§ 15. Биологическое выветривание


Глава V. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ВНУТРЕННИХ (ЭНДОГЕННЫХ) СИЛ ЗЕМЛИ
§ 16. Горообразование

§ 17. Вулканизм

§ 18. Землетрясения
Глава VI. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ВНЕШНИХ (ЭКЗОГЕННЫХ) СИЛ ЗЕМЛИ

§ 19. Деятельность текучих вод

§ 20. Деятельность моря

§ 21. Деятельность ледников

§ 22. Озера и их отложения

§ 23. Деятельность ветра



Глава VII. ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ

§ 24. Образование подземных вод и их классификация

§ 25. Грунтовые воды

§ 26. Напорные воды и источники

§ 27. Законы движения подземных вод и методы искусственного понижения уровня грунтовых вод
Глава VIII. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ИСТОРИИ ЗЕМНОЙ КОРЫ

§ 29. Понятие о геологическом возрасте

§ 30. Развитие жизни на Земле и главнейшие геологические события по эрам и периодам

§ 31. Четвертичные отложения

§ 32. Геологические карты

Глава III. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

§ 8. Классификация горных пород

Разнообразные горные породы, слагающие земную кору, представляют собой плотные или рыхлые минеральные агрега­ты различного состава и свойств. Они могут состоять из нескольких различных минералов (их называют полиминеральиыми) или из одного минерала (мономинеральные породы). К полиминеральным породам относится, например, гранит, главными породообразующими минералами которого являются кварц, полевые шпаты, слюды и роговая обманка. Примером мономинеральных пород может служить гипс, состоящий из минерала того же наименования.

Различные горные породы широко применяют в строитель­стве дорог, мостов, зданий и других сооружений в качестве строительных материалов. Они также являются естественными основаниями сооружений. При устройстве выемок, заложении котлованов или постройке тоннелей приходится вести разра­ботку горных пород. Это требует знания условий залегания горных пород и их физико-механических свойств.

Горные породы поверхностной толщи земной коры, находя­щиеся в сфере инженерного воздействия на них, в практике получили название грунтов.

По происхождению (генезису) горные породы разделяют на три большие группы: изверженные, или магматические, оса­дочные и метаморфические.

В свою очередь указанные группы делят на подгруппы по условиям происхождения согласно следующей схеме (табл. 2).


Группы и подгруппы горных пород по условиям происхождения (табл. 2).

группы

подгруппы

Магматмческие



Интрузивные (глубинные)

Эффузивные (излившиеся)




Осадочные



Обломочные (рыхлые, сцементированные)

Химические

Органогенные

Смешанные



Метаморфические




Сланцеватые

Несланцеватые





§ 9. Изверженные горные породы

Изверженные (магматические) горные породы образова­лись путем застывания расплавленной магмы. Она образуется в глубоких недрах земной коры и представляет собой расплав­ленную сложную по составу силикатную массу, насыщенную различными газообразными веществами. В составе магмы со­держится от 80 до 85% кремнезема ( ). Раскаленное ве­щество глубоких слоев земной коры удерживается в относитель­но твердом виде высоким давлением. При уменьшении давле­ния, например в трещинах раскола, оно переходит в состояние огненно-жидкой и вязкой магмы, насыщенной газами и парами воды.

По трещинам в земной коре магма поднимается в поверх­ностные толщи или же изливается на дневную поверхность. Если магма не в состоянии прорвать поверхностные толщи и медленно охлаждается, не достигнув земной поверхности, то в этом случае образуются глубинные (интрузивные) гор­ные породы. Таковы, например, граниты, сиениты и диориты. Если же магма изливается на поверхность Земли в виде лавы, то она сравнительно быстро охлаждается, образуя излив­шиеся (эффузивные), горные породы, например, диабазы, базальты, порфириты и др. Схема образования глубинных и излившихся горных пород показана на рис. 3.

При медленном остывании магмы и большом при этом дав­лении происходит полная кристаллизация минералов с выделе­нием крупных кристаллов; при более быстром остывании образуются мелкие кристаллы. В том же случае, когда осты­вание магмы происходит очень быстро и при незначительном давлении, на поверхности земли происходит образование стекловидных или скрытокристаллических пород. 1олько в нижней части лавового потока могут образовываться мелкокристалли­ческие породы, в верхней же части образуются некристаллизо­ванные, иногда пористые породы (пемзы; туфы), что связано с выделением из лавы газов и паров.





Химический состав. В составе изверженных горных пород участвуют все известные химические элементы. Количество этих веществ в породах принято выражать в виде процентного содержания соответствующих окислов. Наибольшее распространение имеют:

SiO2, A12O3, Fe2O3, CaO, MgO, Na2O, K20.

В сумме указанные окислы со­ставляют около 98%, остальные 2% приходятся на другие, менее распространенные химические вещества.

По содержанию кремнезема (Si02) изверженные породы де­лят на четыре группы:

1. Кислые, SiO2>65% (гра­ниты, кварцевые порфиры и др.).

2. Средние, SiO2 65—52% (си­ениты, диориты, порфириты, тра­хиты и др.).

3. Основные SiO252—40% (габбро, базальты, диабазы и др.)

4. Ультраосновные, SiO2<40% (перидотиты, пироксениты и др.).

Прочность и устойчивость пород к воздействию агентов вы­ветривания, а также некоторые технические свойства пород, например сцепление поверхности горных пород с вяжущими материалами, применяемыми при строительстве автомобильных дорог (цемент, битум, деготь и др.), тесно связаны с их хими­ческим и минеральным составом.

Трещины и отдельности. При охлаждении магмы происхо­дит уменьшение ее объема, что вызывает образование трещин в породе. Этими трещинами масса породы разделяется на отдельности, т. е. на куски или глыбы разнообразной формы. В зависимости от системы расположения трещин наблюдаются плитообразная, параллелепипедальная, глыбовая, многогран­ная, столбчатая и шарообразная отдельности.

Плитообразная отдельность образуется при наличии частых горизонтальных и весьма редких вертикальных трещин, что позволяет при разработке получать плиты породы крупных размеров (рис. 4, а).

В том случае, когда порода разбита частыми горизонталь­ными и вертикальными трещинами, отдельности имеют форму параллелепипеда (рис. 4, б).

При неправильной системе трещин получаются глыбовая или матрацевидная отдельности. Система трещин, пере­секающих породу в нескольких определенных направлениях, приводит к образованию многогранной отдельности (рис. 4, в).

Трещины могут также разделять породу на многогранные столбы — столбчатые отдельности (рис. 4, г) — или шаро­образные глыбы — шарообразные отдельности.

При организации разработки каменных горных пород необ­ходимо учитывать наличие определенной системы трещин и отдельностей, так как от них во многом зависит направление раз­работок, способы ведения взрывных работ, вид и количество получаемой каменной продукции.

Структура. Структурой принято называть строение породы, определяемое различным сочетанием, размерами и формой со­ставляющих породу минералов. Различают следующие основ­ные виды структуры: кристаллически-зернистую, скрытокристаллическую, порфировую, стекловатую.

Полнокристаллическая (Кристаллически-зернистая) структура харак­теризуется тем, что порода целиком состоит из кристаллических зерен различных минералов. По величине зерен породы кри­сталлически-зернистой структуры делят на: а) весьма крупно­зернистые— с максимальным размером отдельных кристаллов 10 мм и более; б) крупнозернистые — с размером кристаллов 10—5 мм; в) среднезернистые — с размером кристаллов 5— 1 мм; г) мелкозернистые — с размером кристаллов менее 1 мм. Кристаллически-зернистая структура присуща гранитам, сие­нитам, диоритам и другим породам . В том случае, когда кристаллы минералов имеют удлинен­ную форму, структура носит название игольчатой.

Скрытокристаллическая структура характерна тем, что зерна минералов настолько малы, что отдельные кри­сталлы не видны даже в лупу. Эта структура присуща многим излившимся породам.

Порфировая структура характеризуется тем, что в некристаллизсванной или мелкозернистой основной массе выделяются редкие крупные кристаллы, называемые вкрапленниками (рис. 5). Такая структура наблюдается у порфиров, порфиритов и других пород. Если же вкрапленники имеются в мелкоили среднезернистой массе, то такую структуру называют порфировидной.

Породы со стекловатой стру­ктурой характеризуются отсутст­вием кристалличности у входящих в состав породы минералов. Обычно масса породы состоит из вулканиче­ского стекла, образовавшегося при быстром остывании магмы. Для пород с такой структурой характерен рако­вистый излом.



Сложение, или текстура, пород. Характер расположения зерен минералов в породе принято назы­вать текстурой. Различают следующие виды текстуры: однород­ная, неоднородная, сланцеватая, пористая и др.

Однородная (массивная) текстура характеризуется бес­порядочным, но равномерным расположением зерен минералов (гранит)

Неоднородная текстура характеризуется неравномер­ным расположением минералов (иногда гнездообразным).

Сланцеватая текстура — при такой текстуре входящие в горные породы зерна минералов располагаются параллельно между собой. Эта текстура свойственна главным образом мета­морфическим породам.

Глубинные горные породы. Они характеризуются массивным сложением, кристаллически-зернистой структурой, весьма ма­лой пористостью, большой прочностью и устойчивостью против атмосферных воздействий. Главнейшими представителями их являются граниты, сиениты, диориты и габбро.

Граниты представляют собой весьма прочные горные по­роды, состоящие главным образом из калиевого полевого шпата (40 — 60%), кварца (20 — 40%), слюды и реже роговой обман­ки (5 — 20%). В гранитах могут присутствовать в небольшом количестве второстепенные минералы — пирит, магнетит и др.

В зависимости от структуры граниты разделяют на мелко-, средне- и крупнозернистые. Некоторые разновидности гранитов имеют порфировидную структуру. К ним относится и весьма крупнозернистый гранит, получивший название рапакиви (по-фински — гнилой камень). Он широко распространен в Карелии и был применен при строительстве многих сооружений Ленинграда. Физ-мех св-ва гранитов:


Небольшая пористость и незначительное водопоглощение гранитов при значительном сцеплении входящих в их состав минеральных зерен обусловливают высокую стойкость гранитов против разрушающего действия природных агентов — мороза, колебаний температуры и пр.

Прочность и устойчивость против атмосферных влияний раз­личных гранитов, как и других горных пород, зависят главным образом от их минерального состава и структуры. Мелко- и среднезернистые граниты обычно обладают большей прочно­стью и устойчивостью, чем крупнозернистые.

В связи с высокой прочностью, морозостойкостью и хорошей обрабатываемостью (колкостью) граниты получили широкое применение в строительстве автомобильных дорог, мостов, зда­ний и других сооружений. Из них изготовляют различного рода штучные камни (брусчатку, шашку для мощения, бордюрные и облицовочные камни и пр.) и щебень.

В СССР граниты распространены на Кольском полуострове, в Карелии, на Украине, в центральных частях Уральского и Кавказского хребтов, в некоторых районах Средней и Восточ­ной Азии, Дальнего Востока и др.

Си е н и т представляет собой сложную кристаллически-зер-нистую породу, состоящую из ортоклаза и темного минерала — роговой обманки, реже биотита. От гранита отличается отсут­ствием кварца.

По внешнему виду и физико-механическим свойствам сиени­ты близки к гранитам. В связи с отсутствием кварца они не­сколько мягче гранитов и легче поддаются обработке. В дорож­ном строительстве применяются для тех же целей, что и граниты.

На территории СССР сиениты встречаются гораздо реже гранитов. Месторождения их имеются на Урале, в Восточной Сибири, в УССР, на Сахалине, Кольском полуострове и в дру­гих местах.

Диорит является прочной кристаллической породой, со­стоящей из плагиоклаза (до 75%) и роговой обманки. В неболь­ших количествах в составе диоритов могут быть авгит, слюда и др. Кварц в диоритах отсутствует.

Диориты имеют светло-серую, серую или темно-серую либо зеленоватую окраску, обусловливаемую их минеральным соста­вом. Так же как и граниты, диориты могут быть мелко-, сред­не- и крупнозернистые. Физико-механические свойства диори­тов следующие:


Мелко- и среднезернистые разности диоритов обладают боль­шой морозостойкостью, в связи с чем являются ценными мате­риалами для изготовления штучного камня и щебня.

Отдельные месторождения диоритов имеются на Урале, в Крыму, на Кавказе и в других местах.

Г а б б pо состоит из двух главных породообразующих мине­раловi — основного плагиоклаза (около 50%) и авгита, реже рогозой обманки и характеризуется яснокристаллической струк­турой. Кроме того, в породе могут содержаться биотит и оливин, а также магнетит и др. Плагиоклаз, входящий в состав габбро, а также большинство других его минералов имеют темный цвет, поэтому габбро имеет почти черную или темно-зеленую окраску.

По своим физико-механическим свойствам габбро мало отли­чается от диорита. В дорожном строительстве применяется для изготовления штучных камней и щебня. Месторождения габбро известны на Урале, в Карелии, на Украине, в Прибайкалье и других местах.



Излившиеся горные породы. В зависимости от состава и ус­ловий остывания магмы эти породы характеризуются кристал­лической структурой (диабаз и др.) либо порфировой структурой, а также скрытокристаллической или стекловатой.

Текстура излившихся горных пород также разнообразна: однородная, неоднородная, плотная, пористая.

Окраска излившихся пород в общем более темная, чем по­род глубинных. Однако и среди них встречаются породы свет­лой окраски, например трахит. Из пород этой подгруппы наи­более распространены диабазы, базальты, порфиры, порфириты и трахиты.

Диабаз представляет собой мелкокристаллическую поро­ду, состоящую главным образом из плагиоклаза и авгита.

Иногда в нем могут содержаться оливин, роговая обманка и другие минералы.

Диабазы обладают характерной диабазовой структурой, выра­жающейся наличием продолговатых кристаллов плагиоклаза, между которыми располагаются неправильные зерна авгита. Цвет породы темно-серый, иногда с зеленоватым оттенком. Фи­зико-механические свойства диабазов следующие:

Диабазы отличаются большой морозостойкостью, способ­ностью хорошо колоться и обрабатываться. По своим свойствам диабазы являются хорошим строительным материалом и поэто­му они получили широкое применение при строительстве авто­мобильных дорог. Месторождения диабазов известны в Карелии, на Урале, в Восточной Сибири, на Кавказе и в других местах.



Базальты представляют собой плотную, а иногда пори­стую скрытокристаллическую или мелкокристаллическую горную породу, состоящую из плагиоклаза и авгита, иногда — оли­вина. Цвет базальтов — темно-серый до черного, иногда с зеле­новатым оттенком. По физико-механическим свойствам плотные базальты близки к диабазам. Пористые разновидности их, обра­зующиеся в верхней части лавового потока, обладают меньшей объемной массой и прочностью. Базальты, если в их составе ма­ло вулканического стекла, являются морозостойкой породой.

Для базальтов характерны столбчатая, шарообразная, мно­гогранная и другие отдельности, что во многом определяет при­менение их для изготовления той или иной каменной продукции. Базальты со столбчатой отдельностью используются главным образом для изготовления мелкого штучного камня (брусчатка, шашка для мозаики), базальты с шарообразной отдельностью — только для щебня.

В СССР базальты имеют сравнительно небольшое распро­странение. Они встречаются в Восточной Сибири по рекам Ви­люю, Каменной Тунгуске, Ангаре и др. Отдельные покровы или потоки их встречаются в Забайкалье, на Дальнем Востоке, на Камчатке, Кавказе и отрогах Карпат.

Порфиры, порфириты и трахиты являются излив­шимися аналогами гранитов, диоритов и сиенитов, т. е. они имеют одинаковый или близкий к ним минеральный состав. Квар­цевые порфиры имеют тот же состав, что и граниты; порфири-ты имеют состав, близкий к составу диоритов, а бескварцевые порфиры и трахиты по составу приближаются к сиенитам.

Отличительной особенностью этих пород является их пор­фировая структура, характеризующаяся тем, что на плотном или весьма мелкозернистом фоне основной массы выделяются крупные кристаллы одного какого-либо минерала — кварца, полевого шпата, авгита, роговой обманки или слюды.

Кварцевые порфиры по цвету и физико-механическим свой­ствам приближаются к гранитам. Следует отметить, что разно­видности кварцевых порфиров со стекловатой основной массой обладают большой хрупкостью и могут разрушаться от дейст­вия мороза. Месторождения кварцевых порфиров известны на Урале, Камчатке, в Крыму, на Кавказе и в других местах.

Порфириты имеют темно-серый или серо-зеленоватый цвет, массивное или пористое сложение. Иногда в их массе содержит­ся примесь вулканического стекла. Массивные, не содержащие стекла разновидности этой породы обладают высокой прочностью и морозостойкостью, в связи с чем применяются для дорожного п мостового строительства.

Бескварцевые порфиры и трахиты обычно имеют светлую окраску — серую, желтую, красноватую. Сложение этих пород пористое, в связи с чем они имеют сравнительно небольшие пре­дел прочности при сжатии (6-Ю7—7-Ю7 Па) и объемную мас­су (2,2—2,5 г/см3). Они характеризуются меньшей морозостой­костью по сравнению с массивными или плотными излившимися породами. Особенно низкую морозостойкость имеют разновид­ности, содержащие примесь вулканического стекла.

Указанные выше породы встречаются: порфириты — на Ура­ле, Алтае, Дальнем Востоке; бескварцевые порфиры — на Ура­ле, в Восточной Сибири, на Кавказе и в Крыму; трахиты — на Кавказе, вблизи Пятигорска и по рекам Куре и Араксу.




§ 10. Осадочные горные породы

Изверженные горные породы, хотя и медленно, подвергаются выветриванию, в результате этого они видоизменяются и разру­шаются. Интенсивность процессов видоизменения и разрушения пород связана, с одной стороны, с их составом и свойствами, а с другой — с характером воздействия на них таких природных агентов, как вода, воздух, колебания температуры, действие мо­роза и пр.

Продукты разрушения изверженных горных пород, представ­ляющие собой обломки различных размеров, тонкие минераль­ные частицы и растворимые в воде химические вещества, либо остаются на месте своего образования, либо перемещаются на то или иное расстояние с помощью вЪды, ветра, ледников и силы тяжести.

В результате накопления отлагающихся минеральных масс на дне водных бассейнов или на суше образуются осадки, кото­рые после их преобразования создают большую группу горних пород, получившую название осадочных.

Осадочные породы слагают самую верхнюю часть земной коры и занимают значительную площадь. Они образуются в результате трех процессов: 1) накопления или осаждения обломочного материала, полученного при разрушении ранее сформировавшихся горных пород (изверженных, осадочных и метаморфических); 2) химического осаждения растворенных веществ; 3) жизнедеятельности организмов.

Важным признаком многих осадочных пород является их слоистость, т. е. расположение пород в толще земной коры па­раллельными слоями или пластами. Отдельные слои отлича­ются друг от друга окраской, составом и свойствами. Для мно­гих осадочных пород характерна также большая пористость, наличие окаменелых остатков ранее живших организмов (рако­вины, кости, иглы и пр.) или их отпечатков.

В образовании осадочных пород, кроме минералов первично­го происхождения (кварц, слюда, ортоклаз и др.), принимают участие минералы вторичные — кальцит, гипс, ангидрит, каоли­нит, монтмориллонит и др. Во многих случаях вторичные мине­ралы преобладают в породе (глинистые породы).

Осадочные горные породы, учитывая их происхождение, раз­деляют на три группы: 1) обломочные (грубообломочные и пес­чаные); 2) глинистые; 3) химические и органические (органоген­ные). При этом, учитывая наличие или отсутствие цементации, производят их более дробное деление.

Свойства и пригодность для использования в дорожном стро­ительстве рыхлых несцементированных пород сильно зависят от преобладания в составе породы обломков тех или иных размеров, которые классифицируют по этому признаку (табл. 4).

В случае большого преобладания обломков или частиц того или иного размера горная порода именуется по размеру преобла­дающих обломков.



Валуны и булыжник представляют собой крупные в различной степени окатанные обломки изверженных, осадочных и метаморфических горных пород — гранитов, известняков, пес­чаников и др.

Наибольшее количество крупнообломочного материала накап­ливается у подножия гор. Здесь мощность таких отложений мо­жет достигать 10 м и более.

Образование валунов связано с геологической деятельностью ледников. Они повсеместно встречаются в Карелии, Прибалтике, Ленинградской области и в других районах северо-западной час­ти СССР, куда они перенесены ледниками, надвигавшимися с севера несколько сотен тысяч лет назад. Валуны и булыжник применяют для изготовления щебня, мощения дорог и кладки фундаментов. Среди валунов и булыжников могут встречаться разности, сложенные сильно разрушенными породами, поэтому их необходимо подвергать тщательному осмотру и сортировке.

Галька и гравий представляют собой окатанные облом­ки средней крупности горных пород или отдельных входящих в их состав минералов. В природе эти обломки часто встречаются в смеси с песчаными, пылеватыми и глинистыми частицами, а иногда с валунами

По преобладанию тех или иных пород или минералов разли­чают гравий кремнистый, кварцевый, гранитный, известняковый, опоковый и т. д.

Галька и гравий образовались в результате геологической деятельности ледников, моря, рек и временных водных потоков.

Ледниковый гравий и гравий временных водных потоков ха­рактеризуется слабой окатанностью и повышенным содержанием пылеватых и глинистых частиц. Гравий морской и речной, наобо­рот, характеризуется большей окатанностью, особенно морской, и весьма малым содержанием пылеватых и глинистых частиц.

На территории СССР галька и гравий распространены по берегам рек и морей, во всей средней и северной части СССР, когда-то занятой ледником, а также в предгорных и горных районах.

Гальку и гравий широко применяют в дорожном строительст­ве для устройства гравийных покрытий или оснований под усовершенствованные покрытия.



Песок является рыхлой, несвязной породой и представляет собой скопление мелких обломков различных минералов, пре­имущественно кварца, полевых шпатов, слюды и пр. Среди пес­чаных частиц могут содержаться в том или ином количестве бо­лее крупные гравийные зерна и более мелкие пылевато-глинистые частицы.

По минеральному составу различают пески кварцевые, ког­да почти все песчаные частицы состоят из кварца, слюдистые, когда кроме кварца содержится заметное количество слюды, по­левошпатовые, когда зерна песка состоят из кварца и полевых шпатов, и др.

Учитывая физические свойства и минеральный состав ча­стиц, песчаными называют частицы размером 2—0,05 мм (см. табл. 4).

По строительным же стандартам, учитывая то обстоятельст­во, что отделить от песка гравийные частицы размером более 5 мм значительно легче и при этом требуется меньше затратить энергии, чем на отделение частиц более 2 мм, песком называют рыхлые породы, не содержащие частиц более 5 мм. При этом также учитывают и то, что включение в состав песка мелких гра­вийных частиц размером 5—2 мм улучшает качество песка как строительного материала.

Характеристика глинистых пород, обладающих характерны­ми в строительном отношении свойствами, дается ниже, во вто­ром разделе книги.

Сцементированные обломочные горные породы. Рыхлые обло­мочные горные породы в природных условиях могут подвер­гаться уплотнению, а затем и цементации каким-либо естествен­ным цементом, в результате чего образуются сцементированные обломочные горные породы. Наибольшее значение из них имеют конгломераты, брекчии и песчаники. Во всех этих породах есте­ственным цементом могут быть глинистые частицы, углекислая известь, окись кремния, гидроокись железа и другие вещества. Учитывая состав цементирующего вещества, эти породы назы­вают глинистыми, известковыми, кремнистыми, железистыми и др. (например, железистый песчаник, известковый конгломерат и т. д.). Изредка встречаются также породы, в которых природ­ным цементом служит битум (вязкое органическое вещество, со­стоящее из смеси углеводородных соединений); такие породы но­сят название битуминозных.

Конгломерат представляет собой гравий или гальку, сце­ментированные тем или иным природным цементом. Чаще всего таким цементом служит углекислая известь, но могут также встречаться конгломераты с глинистым, железистым, кремнистым и другими цементами.

Образование конгломератов связано с движением воды, бога­той солями, в пустотах обломочной1 породы и отложением солей на поверхности обломков и между ними. Дальнейшее физико-хи­мическое изменение этих веществ приводит к цементации породы. Прочность такой породы зависит от качества природного цемен­та, его количества и характера распределения его в массе породы. Наибольшую прочность имеют кремнистые конгло­мераты.

В местах своего залегания конгломераты обычно весьма не­однородны и часто связаны постепенными переходами с рыхлым гравием или галькой. Встречаются конгломераты сравнительно редко, иногда в виде ясно выраженного слоя, иногда в виде гнездообразных скоплений в гравийных месторождениях. Конгломе­раты известны в Крыму, Средней Азии, на Урале и в других мес­тах. Используются они в дорожном строительстве в качестве ще­бня после дробления такой породы.

В том случае, когда сцементированными каким-либо природ­ным цементом являются неокатанные обломки (естественный щебень), такую породу называют брекчией. Брекчии встре­чаются у подножий крутых горных склонов, где имеются значи­тельные осыпи продуктов разрушения горных пород. Большинст­во брекчий сцементировано глинистым или известковым веще­ством.



Песчаники образовались в результате цементации ка­ким-либо природным цементом песков различного минерального состава.

Песчаники разделяются: а) по крупности песчаных зерен—на крупнозернистые, среднезернистые и мелкозернистые; б) по характеру природного цемента—на глинистые, известковые, кремнистые, железистые, битуминозные и др.; в) по минераль­ному составу— на кварцевые, слюдистые и аркозовые.

Наиболее устойчивым против природного разрушения явля­ется кремнеземистый цемент (SiO2 • пН2О), поскольку он же придает сцементированной породе и наибольшую механическую прочность. Значительную прочность может придавать породе также известковый цемент (СаСО3); что касается гидроокислов железа (Fe2O3 • мН2О) и глийистых частиц, то эти два вида це­мента не придают породе большой прочности, в особенности во влажном состоянии.

По физико-механическим свойствам песчаники весьма неод­нородны и характеризуются следующими величинами:


Кремнистые песчаники, сцементированные кремнеземом, в ко­торых зерна кварца нельзя отличить от цемента даже при рассмотрении в лупу, называют кварцитами. Они характеризу­ются пределом прочности при сжатии Ю8—2- 108Па и отли­чаются большой морозостойкостью. Их широко применяют для изготовления штучных камней (брусчатка, шашка для мощения, бордюрные и облицовочные камни), реже—для щебня.

Известковые песчаники могут быть разнообразной прочности и морозостойкости, что связано с количеством цемента, характе­ром распределения его в массе породы и пористостью породы. Некоторые из них отличаются высокой прочностью (Ю8 — 15х X Ю7 Па) и значительной морозостойкостью, другие же, наобо­рот, имеют небольшую прочность (2- Ю7—4 • 107Па) и часто неморозостойки.

Глинистые и железистые песчаники чаще бывают малопроч­ными и неморозостойкими. Только в некоторых случаях проч­ность их может достигать 4 • Ю7 — 5 • 107Па. Лучшие разновид­ности этих песчаников могут быть использованы лишь для изго­товления бутового камня для кладки фундаментов и для нижних слоев дорожных покрытий.

На территории СССР песчаники имеют большое распростра­нение. Разработка их ведется во многих районах страны: на Урале, Кавказе, в УССР, Поволжье, Донбассе, в Казахской ССР и др.

Органогенные породы. К ним относятся породы, в образова­нии которых приняли участие животные или растительные орга­низмы. Большинство населяющих моря и океаны организмов, как крупных, так и микроскопических, имеют скелет. Материалом для него служат растворенные в морской воде углекислый каль­ций и окись кремния. После отмирания организмов скелетные образования падают на морское дно, где образуют осадки. Из­вестковая и кремнеземистая масса претерпевают там сложные изменения (перекристаллизацию, уплотнение, химическое вза­имодействие и т.п.), постепенно превращаясь в сцементирован­ную горную породу.

В процессе образования органогенных горных пород можно выделить ряд этапов.

Уже в процессе накопления осадков имеет место частичное уплотнение их, а в нижней части осадочной толщи — даже не которая цементация. Примером этого вида образований могут служить скопления ракушки или малопрочного известняка-ра­кушечника, встречающиеся слоем до 5 м и более вдоль берегов Азовского, Черного и Каспийского морей.

При последующих стадиях формирования породы происхо­дят сложные изменения в накопившемся материале: содержа­щийся в раковинах углекислый кальций частично кристаллизу­ется в форме минерала кальцита, связывая при этом отдельные элементы породы. Наряду с этим происходит разложение остат­ков органического вещества, заполнение одних пустот и образо­вание других.

В дальнейшем органогенная порода претерпевает изменения, связанные с внутренним взаимодействием составных частей по­роды и перекристаллизацией всей массы. В результате эгнх процессов порода становится более прочной. Перечисленные процессы протекают весьма медленно и часто исчисляются" де­сятками и сотнями миллионов лет.

Из органогенных пород наибольшее значение как каменные дорожно-строительные материалы получили известняки и доло­миты.



Известияки. Они представляют собой горную породу, главной составной частью которой является углекислый каль­ций. Последний может находиться в кристаллическом состоянии (кальцит) или же в форме массы, внешне лишенной кристалли­ческого строения и остатков скелетных частей организмов.

Кроме СаСОз в известняках могут содержаться примеси гли­ны, песка, окиси кремния, MgCOs и органических веществ.

По содержанию в породе различного рода примесей разли­чают следующие виды:

Различные примеси оказывают существенное влияние на свойства известняков: их прочность, водопоглощение, морозо­стойкость и др.

Чистые разновидности известняков обычно имеют белый цвет; примеси глины и окислов железа делают их серыми, жел­тыми, розовыми и даже красными. Темно-серый или черный цвет обусловливается присутствием углистых или битуминозных веществ. Примесь глины повышает водопоглощение и снижает морозостойкость известняков. Примеси углекислого магния и окиси кремния часто весьма благоприятно сказываются на стро­ительных свойствах породы, так как при этом возрастают ее' прочность и устойчивость против атмосферных воздействий. В особенности это относится к кремнистым известнякам.

Чистые известняки и песчанистые известняки в куске вски­пают от действия 10%-ной соляной кислоты при комнатной тем­пературе. Глинистые известняки вскипают слабо, а кремнистые и доломитовые вскипают лишь в порошке при нагревании.

Известняки могут иметь самое разнообразное строение и сложение. По этим признакам их делят на следующие разновид­ности.

Кристаллические, или мраморовидные, в кото­рых простым глазом можно различить кристаллы известкового шпата (кальцита).

Плотные, в которых составляющие породу зерна совершен­но неразличимы невооруженным глазом.

Пористые, в которых содержится большое количество ви­димых пустот. Различают мелкопористые и крупнопористые (дырчатые) известняки, когда в породе имеются отдельные весьма крупные пустоты.

Землистые, или меловидные, обычно мягкие, легко истирающиеся; к ним относится также мел.

Раковистые, содержащие некоторое количество хорошо сцементированных раковин. Если же порода состоит из слабо сцементированных раковин или из их обломков, то такой извест­няк называют ракушечником.

Большое разнообразие известняков по их составу и сложе­нию обусловливает значительные колебания их основных физи­ко-механических свойств в следующих пределах:



Наибольшей прочностью и морозостойкостью обладают плот­ные кремнистые, доломитовые и чистые разновидности извест­няков. Мраморовидные известняки того же химического состава обладают большой прочностью, однако они могут быть прониза­ны скрытыми трещинами, что приводит к их разрушению под действием мороза за сравнительно короткий промежуток вре­мени.

Наименьшей прочностью и морозостойкостью отличаются глинистые и меловидные известняки, а также известняки-раку­шечники.

Необходимо отметить относительно небольшую твердость из­вестняков, обусловливающую большое истирание их в дорожных покрытиях, а также способность прочно сцепляться с битумами

и другими органическими вяжущими материалами. Последнее является важным положительным свойством известняков.

Из всех каменных горных пород на территории СССР изве­стняки наиболее распространены и поэтому они получили весьма широкое применение в строительстве дорог, мостов и зданий.

Доломиты. Доломиты представляют собой плотные, иног­да кристаллические горные породы, состоящие в основном из минерала доломита (СаСО3 • MgCO3). По внешнему виду и фи­зико-механическим свойствам доломиты близки к доломитовым известнякам, с которыми они связаны постепенными переходами.

При действии соляной кислоты доломиты вскипают только лишь в порошке при нагревании. Твердость доломитов несколь­ко выше известняков —3,5—4,0. Все сказанное о свойствах и при­менении в строительстве прочных известняков в равной степени относится к доломитам. Они также используются в цементной промышленности для изготовления магнезиальных цементов.



Мергели — это породы, состоящие из смеси углекислого кальция (кальцита) и глины. Содержание СаСО3 в мергеле в среднем составляет 50—60%. При содержании СаСО3 в количе­стве 25—50% породу называют глинистым мергелем.

Мергели образуются в морских бассейнах, лагунах и пресно­водных озерах, т. е. в местах одновременного отложения карбо­натного и глинистого материала. По физико-механическим свой­ствам мергели близки к глинистым известнякам. Применяются в качестве сырья для изготовления цемента в цементной про­мышленности.



Опоки. Сцементированные горные породы, состоящие в основном из аморфного кремнезема (SIO2 • яН2О), называют опоками. Их образование происходит на дне морей, подобно об­разованию известняков. Опоки образуются из кремневых панци­рей диатомовых водорослей. Они характеризуются очень малой объемной массой (1,1 —1,8 г/см3) и большим объемом тончай­ших пор (20—45%), размер которых настолько мал, что они че видны невооруженным глазом. При погружении куска опоки в воду выделяется большое количество пузырьков воздуха; иногда при этом порода растрескивается и распадается на обломки.

Опоки обычно имеют желтую окраску с серым или зеленым оттенком. Прочность опок при сжатии колеблется в пределах 3 • 106—25 • 106Па. Все виды опок неморозостойки.

Опоки характеризуются хрупкостью, раковистые изломом, а также своей химической активностью, которая выражается в том, что они могут вступать в химическое взаимодействие с га­шеной известью.

По химическому составу и происхождению к опокам близка порода, называемая трепелом. Трепел имеет такую же, как и опоки, окраску, но отличается от них рыхлым землистым сложе­нием. Как опоки, так и трепел широко применяются в цементной, лакокрасочной, нефтяной, пиротехнической и других видах про­мышленности.

Опоки и трепел в СССР весьма распространены. Широкой полосой залегают они вдоль всего восточного склона Уральского хребта. Месторождения этих пород известны также в Поволжье, в районе Брянска и в других местах.

Химические породы. Породы этой подгруппы образовались в результате выпадения осадков из солевых растворов вследствие повышения их концентрации либо химического взаимодействия между различными солями. К этим породам относится гипс, известковый туф, оолитовый известняк и др.

Гипс представляет собой горную породу, состоящую из мел­кокристаллического или волокнистого минерала того же наиме­нования (CaSO4 • 2Н2О). Цвет гипса — белый, желтый, серый, розовый. Характеризуется незначительными твердостью (1,5— 2,0) и прочностью.

Безводный природный гипс называется ангидритом. Он отличается от гипса несколько большей твердостью (3,0—3,5). Гипс и ангидрит служат сырьем для изготовления вяжущих ма­териалов— алебастра, гипсо-ангидритового цемента и др., а так­же применяются в химической промышленности.



Известковый туф —крупнопористая горная порода, со-, стоящая почти целиком из углекислой извести, образовался пу­тем выделения углекислой извести из горячих источников при выходе их на поверхность и охлаждении.

Оолитовый известняк представляет собой породу, состоящую из мелких округленных зернышек кальцита, сцемен­тированных естественным кальцитовым цементом. Строительные качества оолитовых известняков невысокие. Они неморозостойки и характеризуются прочностью при сжатии порядка Па.
§ 11. Метаморфические горные породы

Под метаморфизмом горных пород принято понимать сово­купность процессов в недрах земли, приводящих к коренным из­менениям горных пород, к превращению их в новые породы в ре­зультате длительного действия на них большого давления, высо­кой температуры, горячих газов и паров.

Метаморфизму (изменению) при указанных выше условиях подвергаются все горные породы — осадочные, изверженные (магматические) и ранее образовавшиеся метаморфические.

Под влиянием больших давлений на глубине происходит об­разование новых минералов, а также изменяется сложение гор­ных пород. В известных случаях породы приобретают так назы­ваемое сланцеватое сложение, характеризуемое тем, что зерна минералов принимают вытянутую или сплющенную форму в ви­де тонких лент (полос).

Наряду с большим давлением по мере увеличения глубины повышается и температура. В соответствии со средним значе­нием геотермической ступени на глубине 3—4 км температура равна примерно 100° С, а на глубине 50 км— 1000° С.

В зависимости от преобладания той или иной обстановки, / обусловливающей коренные изменения в горных породах, разли-/ чают следующие типы метаморфизма: 1) контактовый, 2) дис-; локационный и 3) региональный.



Контактовый метаморфизм непосредственно связан с внедрением магмы в земную кору. При этом благодаря высокой температуре внедрившегося магматического расплава идут про­цессы перекристаллизации минералов, входящих в состав горных пород. Горные породы также испытывают сильное воздействие газов и паров воды, что усиливает коренное изменение химиче­ского состава соприкасающихся пород.

Контактовый метаморфизм обычно приурочен к относительно узкой зоне непосредственного соприкосновения магмы с вмеща­ющими породами. Так, например, в результате контактового ме­таморфизма осадочные карбонатные породы превращаются в породы переменного состава, состоящие в основном из известковожелезистых силикатов (так называемые скарны).

Изменение горных пород происходит также при воздействии растворов, имеющих высокую температуру и образующихся пу­тем конденсации водяных паров магмы, содержащих различные вещества. Такой процесс изменения горных пород называют гидротермальным метаморфизмом. С гидротермальными растворами связано образование различных жил в трещинах горных пород, содержащих ценнейшие полезные ископаемые.

Дислокационный метаморфизм (динамометаморфизм) связан с тектоническими движениями земной коры, вызывающи­ми складкообразование и изменение горных пород под влияни­ем сильного одностороннего давления.

В результате этого порода приобретает сланцеватость и спо­собность раскалываться на тонкие плитки, часто с ориентиров­кой минеральных зерен. Кристаллизационная сланцеватость свидетельствует о сильном проявлении динамометаморфизма и характерна, например, для гранито-гнейсов.



Региональный метаморфизм в отличие от контактового и ди­слокационного, носящих местный характер* проявляется в глу­боких слоях на огромных площадях h захватывает самые разно­образные горные породы.

Примером регионального метаморфизма являются породы Украинского кристаллического массива и Балтийского щита. Этот тип метаморфизма связан с подвижными зонами земной коры — геосинклиналями. Мощные толщи осадочных пород в гео­синклиналях при их погружении в течение длительного времени на значительную глубину оказывались в зоне крайне высокого давления и температуры. Под влиянием этих мощных факторов породы перекристаллизовывались и превращались в различные кристаллические сланцы, гнейсы и другие породы.

Степень метаморфизма горны* пород бывает различной и зависит от глубины, температуры, давления и состава исходных пород.

Метаморфические породы. К наиболее распространенным ме­таморфическим породам относятся гнейсы, кристаллические сланцы, кварциты и мраморы.

Гнейс представляет собой плотную горную породу, состоя­щую из кварца, полевого шпата и слюды, т. е. является породой, тождественной по составу с гранитом. Породы, представляющие собой переходы от гранита к гнейсу, получили название гранито-гнейсов. Характерной особенностью гнейсов является их сланцеватое сложение и полосчатость. Структура гнейсов чаще кристаллическая.

Физико-механические свойства большинства гнейсов близки к свойствам гранитов. Однако для них характерно наличие анизотропности, т. е. различие свойств по двум взаимно перпен­дикулярным направлениям — параллельно и перпендикулярно направлению сланцеватости. Так, прочность гнейсов всегда несколько больше в перпендикулярном сланцеватости направ­лении, чем в параллельном.

Анизотропность является причиной сильного природного разрушения гнейсов во многих месторождениях с образованием плитообразных отдельностей. По этой же причине гнейсы легко колются на плиты или плоский щебень.

Свежие, невыветрелые гнейсы обладают большой проч­ностью и морозостойкостью, что позволяет применять их для изготовления различного рода каменной продукции — тротуар­ных плит, бутового камня, брусчатки, шашки для мощения и др. Для изготовления дорожного щебня применяются только те виды гнейсов, которые при дроблении не дают большого процента щебня плоской формы. В СССР гнейсы распростра­нены на Урале, в УССР, на Алтае, Дальнем Востоке и в дру­гих районах.



С л а н ц ы. Это породы, которые образовались в результате воздействия большого давления и повышенной температуры на различного рода осадочные и изверженные породы. Для них характерно сильно выраженное сланцеватое, часто листоватое сложение, т. е. способность раскалываться на ясно выраженные листочки. Сланцы обычно называют по наименованию преобла­дающего в них минерала или по какой-либо его особенности. Различают сланцы: а) слюдистые; б) хлоритовые; в) талько­вые; г) глинистье и др.

В связи с ясно выраженным сланцеватым сложением и не­большой устойчивостью против природных воздействий сланцы малопригодны в_кАчестве строительного камня.



Кварциты. Они представляют собой плотную горную породу, образовавшуюся из кварцевых песчаников и состоящую преимущественно из зерен кварца. В качестве второстепенных минералов в них могут быть включены зерна слюды или рого­вой обманки. Цвет кварцитов — белый, серый, розовый. Твер­дость — 7. Это морозостойкая горная порода. Предел прочности при сжатии наиболее крепких кварцитов достигает 35 • 10 7 Па. Применяют кварциты главным образом для изготовления штучных камней (облицовочных, брусчатки, шашки для моще­ния и др.).

Известны месторождения кварцитов на западном берегу Онежского озера, на Украине, Урале и в других местах.



М р а м о р— кристаллическая порода, почти целиком сос­тоящая из кристаллов известкового шпата (кальцита) или доломита. Различают мраморы мелко-, средне- и крупнозер­нистые и скрытокристаллические. Совершенно чистые мраморы имеют белый цвет; небольшие примеси окрашивают их в серый, желтый, розовый, красный и даже в черный цвет. Мрамор легко определяется по своему кристаллическому строению, небольшой твердости (3,0—3,5) и вскипанию от соляной кис­лоты.

Прочность мрамора колеблется в зависимости от размеров и характера сцепления зерен; предел прочности при сжатии изменяется от 500 до 12 • 107Па.

Мрамор хорошо обрабатывается (теска, шлифовка), а после полировки дает красивую поверхность. В строительстве приме­няется главным образом для изготовления облицовочных плит, предназначенных для архитектурной отделки внутренних и внешних частей зданий. Примером широкого использования мрамора для этих целей может служить московский метро­политен.

Залежи мраморов часто приурочены к контактам известня­ков с гранитом. В процессе внедрения расплавленной магмы в осадочные породы и отдачи тепла в окружающую среду произошла перекристаллизация известняков, завершившаяся образованием мраморов.

Месторождения мраморов имеются на Урале, в Карелии, в Казахской, Узбекской, Армянской ССР и в ряде других мест.
§ 12. Определение горных пород

Для изучения минерального состава горных пород приме­няют ряд методов.

Наиболее полную и точную характеристику горных пород с точки зрения их структуры, сложения и минерального состава можно получить исследованием их с помощью поляриза­ционного микроскопа. Для микроскопических исследований из породы изготовляют пластинку толщиной 0,01—0,03 мм (шлиф), наклеивают ее на предметное стекло и покрывают сверху покровным стеклом. Химический состав горных пород определяют методами обычного качественного и количествен­ного анализов. В полевой обстановке горные породы опреде­ляют макроскопическим путем, т. е. по внешним при­знакам — цвету, структуре, сложению, минеральному составу, твердости и др.

Для определения горных пород необходимо иметь те же принадлежности, что и для определения породообразующих минералов (см. § 7).

Порядок макроскопического определения горных пород следующий: вначале определяют, к какой группе может быть отнесена изучаемая порода—изверженным, осадочным или метаморфическим. Это осуществляется сопоставлением ее внеш­них признаков и основных характерных признаков пород раз­личных групп.

Большинство изверженных пород отличается своей массив­ностью и кристаллическим строением. Для них характерно наличие первичных минералов, кварца, полевого шпата, слюды, авгита и др. Цвет пород — преимущественно темно-серый, розо­вый, зеленоватый, черный.

Осадочные породы обычно характеризуются наличием более светлого тона окраски, чем у изверженных (белый, серый, желтый, розовый и др.). Многие из них состоят из вторичных минералов (кальцита, гипса и пр.) или из видимых остроуголь­ных или окатанных обломков первичных минералов и горных пород. Большинство осадочных пород имеет малую твердость, а некоторые из них вскипают от соляной кислоты. Только в осадочных породах могут содержаться окаменелости и отпе­чатки организмов.

Большинство метаморфических пород характеризуется слан­цеватым (плитчатым) сложением. Только кварциты и мраморы не обладают сланцеватостью, но они отличаются другими при­знаками, с помощью которых их легко можно определить. Кварцит целиком состоит из зерен кварца, имеет большую твер­дость (7); мрамор же состоит из кристаллического кальцита, имеет небольшую твердость (3,0—3,5) и вскипает от соляной кислоты.

После отнесения породы к определенной группе по проис­хождению, руководствуясь цветом, структурой, сложением и минеральным составом, определяют подгруппу, а затем и вид породы.



Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница