3.2 Петрографічні особливості гірських порід

Властивості порід залежать в першу чергу від їх складу. Раніше відзначалося, що гірські породи складаються з мінералів. Відомо близько 3000 різних мінералів. Однак в складі гірських порід суттєву роль відіграють трохи більше двадцяти так званих породоутворюючих мінералів, найбільш розповсюджених в земній корі.

Можна виділити кілька найважливіших груп породоутворюючих мінералів, які суттєво і при тому по-різному впливають на механічні властивості порід:

а) кварцові мінерали – кварц, кремінь, халцедон та ін.;

б) силікатні мінерали – польовий шпат, амфібол, піроксен, слюда,

в) карбонатні і глинисті гідрофільні мінерали – кальцит, доломіт, каолініт, палигорскіт та ін.;

г) легкорозчинні мінерали – гіпс, галіт, сильвін та ін.

За мінералогічним складом розрізняють моно мінеральні і полі мінеральні гірські породи. Більшість порід – полі мінеральні. Прикладами моно мінеральних порід є пісковики, вапняки, мармури, гіпси.

Найміцнішими і найбільш пружними є кварцові породи з кременистою цементацією (кременисті пісковики, кварцити). Досить міцними є силікатні породи. Однак, із збільшенням вмісту слюдистих мінералів показники міцності зменшуються. При наявності в породі глинистих і легкорозчинних мінералів міцність і пружність різко зменшуються.

Властивості гірських порід залежать не тільки від складу, а й від їх будови. Під будовою порід розуміють розміри, взаємне розташування і спосіб зчеплення (зростання) мінеральних частин, з яких вони складаються. Слід відзначити, що мінеральні зерна, з яких складаються породи мають неправильну форму через стіснені умови їх зростання. Такі мінеральні частини називають кристалітами на відміну від кристалів, форма яких правильна. Найважливішими ознаками будови порід є їх структура і текстура.

Під структурою розуміють ступінь кристалізації порід (їх кристалічна чи аморфна будова), розміри, форму мінеральних частин і характер зв’язку між ними.

За ступенем кристалізації порід розрізняють повно кристалічні , неповно кристалічні, склисті, порфірові, уламкові структури.

Повнокристалічним породам характерна повна розкристалізація всіх мінералів, що входять до їх складу. Неповнокристалічні породи складаються частково з кристалічних зерен (кристалітів), частково з аморфної склистої маси. В породах порфірової структури в загальну склисту або кристалічну масу вкраплені крупні зерна. Породи уламкової структури складаються із зцементованих уламків первинних порід, з яких вони утворилися. Із збільшенням ступеню розкристалізації порід зазвичай їх міцність зменшується.

За розмірами кристалічних зерен розрізняють породи гіганто -, грубо -, крупно -, середньо -, дрібнозернистої афанітової і мікрокристалічної структур.

Аналогічно, уламкові породи поділяють на гіганто -, грубо -, крупно -, середньо -, дрібноуламкові.

Породи гігантозернистої структури мають розміри кристалів понад 100 мм. Прикладом таких порід є деякі слюдяні пегматити. Розміри кристалів грубозернистих порід від 10 до 100 мм, крупнозернистих від 1 до 5 мм, дрібнозернистих до 1мм. В породах афанітової структури зерна можна розрізнити тільки в лупу, мікрокристалічної – лише в мікроскоп. Із зменшенням зернистості, як правило, збільшується густина, міцність і пружність порід.

Розрізняють породи також рівномірнозернистої структури, складених із кристалітів приблизно однакових розмірів, і нерівномірнозернистої структури, в яких розміри складових кристалів суттєво відрізняються.

Властивості порід неповно кристалічної, порфірової і уламкової структур сильно залежать від характеру цементації і складу цементуючої (склистої) речовини. Розрізняють такі основні типи цементів ( рис. 2):

базальний – зерна мінералів не дотикаються один до одного, занурені в склисту масу; ступінь цементації в цьому випадку дуже високий, міцність породи

а – контактовий; б – плівковий; в – поровий; г – базальний

Рисунок 2 – Типи цементів уламкових порід

залежить від характеристик цементуючої речовини;

контактовий – цемент є лише на контактах дотикання зерен; цементація в цьому випадку зазвичай слаба, міцність порід невелика;

поровий – мінеральні зер­на безпосередньо дотикаються одне до одного, а пори між ними заповнені цементом; порівняно з попереднім типом міцність цементації більша і залежить від співвідношення поверхонь безпосереднього кон­такту зерен і поверхонь, з’єднаних цементом;

плівковий – кожен уламок ото­чений плівкою цементуючої речовини; якщо цемент такого ж складу, що і уламки, його називають регенераційним або цементом розростання;

корозійний (цементація розрос­тан­ня) – цементуюча речовина в’їдається в мінеральні зерна, а не лише заповнює проміжки між ними; міцність цементації у таких порід дуже велика.

Склад цементу (скла) може бути найрізнома­ніт­нішим: кременистим, залізистим, вапнистим, глинистим, гіпсовим і т. д. Найміцнішими є породи з кременистою і залізистою цементацією, найслабшими – з гіпсовою і глинистою.

Іншою дуже важливою ознакою будови порід наряду зі структурою є їх текстура.

Під текстурою (побудовою) розуміють взаємне розташування структурно однотипних частин породи (мінеральних зерен кристалічної породи чи уламків уламкової породи) в просторі, який вони займають.

Текстура породи може бути впорядкованою і невпорядкованою. З точки зору механіки гірських порід найважливішими є такі текстури ( рис. 3):

масивна – частини породи щільно прилягають одна до одної, орієнтовані довільно;

пориста – частини породи прилягають одна до одної нещільно, між ними є багато мікро пустот (пор);

ш

Рисунок 3 – Типи текстур гірських порід

арувата – частини породи орієнтовані впорядковано, чергуються, утворюючи пласти і напластування.

До текстурних ознак відносяться шаруватість, сланцюватість, пористість і тріщинуватість, пластова відокремленість.

Шаруватість порід зумовлена чергуванням при накопиченні порід з різною зернистістю чи розмірами уламків, порід різного складу і порід з різною орієнтацією зерен або уламків. Залежно від грубизни шарів розрізняють листові, тонкошаруваті, середньошаруваті і масивні породи.

Сланцюватість проявляється як здатність гірської породи розколюватися на тонкі пластинки по паралельних площинах. Вона зумовлена деформуванням гірських порід в процесі їх ущільнення, а також при тектонічних процесах. Положення площин сланцюватості відповідає орієнтації площадок з найбільшою інтенсивністю дотичних напружень.

В більшості випадків площини шаруватості і сланцюватості співпадають.

Пористість гірських порід є відношенням об’єму пор (пустот) до об’єму всієї породи. Це так звана абсолютна або фізична пористість. Розрізняють ще відкриту, ізольовану (закриту) і ефективну пористість. Відкрита пористість враховує об’єм відкритих, з’єднаних між собою пор, закрита – об’єм ізольованих, не з’єднаних пор, ефективна – об’єм тільки тих пор, що здатні пропускати пластові флюїди. Усі ці види пористості менші за фізичну. Як правило, уламкові гірські породи мають більшу пористість, ніж кристалічні.

Тріщинуватість порід зумовлена тектонічними фізико-хімічними процесами в земній корі. Тріщинуватість визначається розмірами, густотою і взаємним розташуванням тріщин.

Пластова відокремленість – це наявність в масиві порід площин, по яких одні шари чи пласти відділяються від інших. При цьому зчеплення порід по площинах пластової відокремленості звичайно значно менше, чим зчеплення всередині пластів чи шарів. Особливо значна ця різниця для шаруватих метаморфічних порід, яким властиве розшарування масивів. В процесах метаморфізму це розшарування супроводжувалося між шаровими зсувами, що зумовило додаткове зменшення зчеплення і кута тертя по поверхнях розділу шарів.