Инженерная геология Лабораторная № 3

Лабораторная работа № 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАГМАТИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД

Цель работы. Научиться определять магматические горные породы.

Приборы и принадлежности. Набор образцов интрузивных и эффузивных горных пород, эталоны твердости минералов, 10 % соляная кислота, лупа, нож, пипетка, компас, стекло.

Краткие сведения

СТРУКТУРЫ И ТЕКСТУРЫ ГОРНЫХ ПОРОД

Горными породами называют минеральные агрегаты, слагающие самостоятельные геологические тела, образующие земную кору. Горные породы состоят из минералов, входящих в состав каждой породы в определенных ко­личественных соотношениях. Изучением горных пород, их минерального и химического состава, строения и условий залегания занимается наука петрография.

В зависимости от происхождения породы подразделяются на магматические, осадочные и метаморфические. Породы могут состоять из одного или нескольких различных минералов. В первом случае они называются мономинеральными, во втором — полиминеральными.

Минералы, которые в составе породы играют основную роль, называются породообразующими, они определяют вид данной породы. Минералы, в составе породы не играющие главной роли, называются акцессорными. Кроме породообразующих и акцессорных, в породах различают также вторичные минералы, т. е. те, которые возникли потом в результате позднейших (вторичных) процессов, путем замещения первичных минералов или путем непосредственного отложения из растворов в трещинах и пустотах.

У каждой породы различают структуру и текстуру.

Структура - это особенности внутреннего строения породы, обусловленные степенью кристалличности ее вещества, размерами и характером срастания минеральных зерен.

Выделяются следующие основные типы структур.

1. Полнокристаллическая - порода полностью состоит из кристаллических зерен. Разновидностями полнокристаллических структур являются: а) крупнозернистая (размеры минеральных зерен более 5 мм); б) среднезернистая (1-5 мм); в) мелкозернистая (менее 1 мм). Величина зерен может быть одинаковой или разной. Равномернозернистая полнокристаллическая структура характеризуется примерно одинаковыми размерами всех главных компонентов породы (рис. 3.1, а). При неравномернозернистой структуре величина слагающих породу зерен минералов различная и может отличаться в десятки раз (рис. 3.1, б).

2. Скрытокристаллическая, когда порода состоит из мельчайших кристаллов, видимых только в микроскоп.

3. Стекловатая - порода состоит из нераскристаллизовавшегося стекловатого вещества.

а б

Рис. 3.1. Полнокристаллическая структура: а - равномернозернистая; б - неравномернозернистая

2. Миндалекаменная, характеризующаяся наличием в породе миндалин (рис. 3.2). Эта структура свойственна излившимся породам, которые имели значительную первичную пористость. Сохранились в них лишь мелкие поры, которые можно увидеть через лупу, а крупные поры выполнены вторичными минералами (кварц, кальцит и др.).

Рис. 3.2. Миндалекаменная структура

5. Порфировая - среди тонкозернистой массы заметно выделяются крупные зерна каких-либо кристаллов (рис.3.3). Крупные зерна называются вкрапленниками, а тонкозернистая или плотная часть породы - основной массой. У немногих порфировых пород зерна основной массы достигают размера 1 мм, обычно основная масса настолько тонкозернистая, что в ней нельзя распознать отдельные минералы. Для пород с порфировой структурой характерны одинаковая форма вкрапленников и одинаковое их размещение. Минерал, образующий вкрапленники, имеет примерно одни и те же кристаллические формы. Вкрапленники никогда не имеют закругленных форм.

Рис. 3.3 Порфировая структура

2. Оолитовая - порода состоит из мелких концентрически-зональных оолитов размером 1-5 мм и цементирующего вещества (рис. 3.4). Оолитовая структура характерна для осадочных пород и встречается в известняках, до­ломитах, кремнистых породах, бокситах.

Рис. 3.4. Оолитовая структура

7. Графическая, образовавшаяся при закономерном прорастании калиевого полевого шпата и кварца. Примеры двух типов графической структуры даны на рис. 3.5. Полевой шпат имеет светлую окраску, а кварц - серую или темно-серую, иногда буроватую. Такая порода носит название письменного гранита, потому что создает впечатление древнего клинописного текста.

Рис. 3.5. Графическая структура

8. Обломочная. От порфировой структуры следует отличать структуру осадочных пород, у которых крупные зерна связаны цементом (рис. 3.6). Примером таких пород являются конгломерат и брекчия, а иногда и извест­няк органического происхождения, у которых обломки создают впечатление крупных зерен. Кроме того, если зерна неоднородные, очень крупные или в породе присутствует кальцитовый цемент, и она с шипением разлагается в холодной соляной кислоте, то в обоих случаях это порода не порфировой структуры.

У осадочных пород большинство крупных зерен соприкасается, зерна закруглены предшествующим процессом истирания, а если они острогранные, то не имеют одинаковой формы и легко выпадают из породы, оставляя ямки. Цемент этих пород бывает порошковатым, землистым и без блеска, за исключением кремнистого, имеющего стеклянный блеск.

Рис. 3.6. Обломочная структура:

a — окатанные зерна у конгломерата и гравелита; б — угловатые обломки у

брекчии

Текстура — это сложение породы, обусловленное взаимным расположением и распределением слагающих породу минералов или обломочных зерен, а также характером заполнения пространств минеральным веществом.

Основные виды текстур следующие.

1. Массивная, когда в расположении минералов, слагающих породу, никакой закономерности не наблюдается. Массивная текстура наблюдается у интрузивных магматических пород и характеризуется равномерным про­странственным расположением минералов; они распределены на всех сторонах образца одинаково и нигде не отмечается никакой упорядоченности их расположения (например, в виде цепочек). Примеры пород с массивной тек­стурой даны на рис. 3.1, а.

2. Слоистая - когда порода состоит из слоев разного состава или структуры. Слоистая порода состоит из слоев различной толщины, которые при образовании породы накладывались один на другой. Каждый слой представ­ляет собой пластину, отделенную от соседнего слоя поверхностью, по которой они раскалываются. Поэтому разрушение слоистой породы происходит с разделением на плитки. Слоистость можно наблюдать лишь на стороне об­разца, перпендикулярной напластованию. В слоистых породах (в отличие от сланцеватых) каждый слой имеет разноориентированное расположение минералов, так что в нем нет, например, чередования полос листоватых и зер­нистых минералов. Слои могут быть ровными, а могут быть и волнистыми, если порода подвергалась сдавливанию (рис. 3.7). Слоистость - характерный признак осадочных пород.

Рис. 3.7. Слоистая текстура

3. Сланцеватая - порода состоит из плоских, чешуйчатых, листоватых минералов, плоскости которых расположены в одном направлении. Сланцеватая порода характеризуется чередованием параллельно расположенных полос минералов, причем обычно чередуются слои листоватых и зернистых минералов. Порода раскалывается, как правило, по прослойкам листоватых минералов. Сланцеватость можно наблюдать только на некоторых сторонах образца, когда поверхность скола перпендикулярна к сланцеватости. Плоскости сланцеватости могут быть ровными или волнистыми в зависимости от того, была ли порода подвержена воздействию горного давления. Сланцеватость является характерным признаком метаморфических пород.

Слоистая и сланцеватая текстуры - полосчатые.

4. Очковая, для которой характерно наличие крупных, обычно овальных кристаллических зерен на фоне основной сланцеватой массы (рис. 3.8). Этот тип текстуры характерен для метаморфических пород — гнейсов.

Рис. 4.8. Очковая текстура

5. Плойчатая - в метаморфической породе в результате тектонических деформаций, вызванных давлением, образуются очень мелкие складки (рис. 3.9). Амплитуда складок колеблется от долей миллиметра до несколь­ких сантиметров.

Рис. 3.9. Плойчатая текстура

2. Пористая - когда порода пронизана порами. Пористую текстуру имеют излившиеся на поверхность эффузивные породы; иногда поры бывают настолько мелкие, что их можно наблюдать только через лупу, как, например, в базальте. Некоторые осадочные породы тоже имеют такой тип текстуры. На рис. 3.10 дано изображение слоистого пористого травертина (черные пятна - поры).

Рис. 3.10. Пористая текстура слоистого травертина

7. Пузырчатая — отличается наличием многочисленных пустот в породе. Пустоты имеют шарообразную или яйцеобразную форму и возникли при быстром застывании раскаленного вещества вследствие выделения из него газов. Такая текстура характерна для пемзы.

Описание горных пород

При определении породы прежде всего необходимо установить, какого она происхождения: магматическая, осадочная или метаморфическая. Для магматических пород характерна массивная и пузырчатая текстура, для оса­дочных слоистая и обломочная, для метаморфических - сланцеватая, полосчатая, плойчатая, очковая. Некоторые осадочные и метаморфические породы также могут иметь массивную текстуру. В этом случае необходимо изучить минеральный состав и структуру породы, а тогда уже сделать соответствующий вывод.

Если в описываемой породе, независимо от ее происхождения, наблюдаются инородные включения, вкрапления, прожилки, жилы и другие отличительные признаки, следует указывать их характер и состав. Точно так же следует отмечать степень сохранности различных минералов, входящих в состав породы, и характер их изменений, если таковые имеются.

Для определения количественного содержания отдельных составляющих пользуются специальными трафаретами (рис. 3.11).

Рис. 3.11. Трафареты для визуального определения содержания компонентов в

горных породах

Магматические породы

Магматическими называются породы, образовавшиеся в результате застывания магмы. Если магматический расплав застывает в земной коре, не достигнув поверхности, возникают интрузивные, или глубинные, магматические породы. Если же застывание его происходит на поверхности, образуются эффузивные, или излившиеся, магматические породы. Выделяют также группу жильных магматических пород, сформировавшихся при застывании магмы в трещинах земной коры. Они являются промежуточными между эффузивными и интрузивными породами.

Интрузивные породы можно отличать от эффузивных по структуре. Для всех интрузивных пород характерна полнокристаллическая структура, так как остывание магмы происходит очень медленно, и благодаря этому вещество кристаллизуется полностью. Эффузивные породы полнокристаллическую структуру имеют редко. Для эффузивных пород характерны скрытокристаллическая, стекловатая, мелкозернистая, порфировая структуры. Это объясняется тем, что застывание лавы происходит быстро, и она не успевает раскристаллизоваться. Если процесс кристаллизации начался, когда магма еще находилась в глубинных условиях, эффузивные породы приобретают порфировую структуру. В результате вторичных процессов эффузивные породы могут приобрести и миндалекаменную структуру.

Текстура интрузивных пород всегда массивная. Эффузивные породы часто тоже имеют массивную текстуру, но наряду с этим у них нередко наблюдаются также пористая и пузырчатая текстуры. Текстура жильных пород массивная, структура же может быть и полно-, и неполнокристаллическая.

Физико-химические обстановки, в которых идет процесс застывания магмы на глубине и на поверхности, резко различны. По этой причине из магмы одного и того же состава в глубинных и поверхностных условиях об­разуются различные породы. Излившаяся порода, соответствующая данной глубинной породе, называется эффузивным аналогом этой глубинной породы. Наряду с классификацией магматических пород по условиям образования их классифицируют и по химическому составу в зависимости от содержания кремнезема (табл. 3.1). В отдельную группу выделяют щелочные породы, характеризующиеся значительным содержанием щелочей Na₂O и К₂О (до 20 %) и малым содержанием кремнезема.