2.2. Классификация горных пород по происхождению

В зависимости от условий образования горные породы делят на три основные группы: изверженные (или первичные), осадочные (или вторичные) и метаморфические (или видоизмененные) (рис.4).

Первичные горные породы в зависимости от того, где остывала магма, подразделяют на глубинные, излившиеся и вулканические.

Глубинные породы образовались в результате остывания магмы на большой глубине от поверхности в условиях высокой температуры и давления. Магма остывала медленно, при этом получались более или менее крупные зерна различных минералов, прочно сросшиеся между собой без всяких цементирующих веществ и различимые невооруженным глазом. Такую структуру называют гранитной или крупнокристаллической. При испытании образцов глубинных пород на сжатие они разрушаются по самим зернам, а не по поверхности их соприкосновения. К представителям этих горных пород относят граниты, сиениты, диориты, габбро.

Излившиеся горные породы образовались в результате остывания магмы, излившейся в виде лавы на поверхность Земли или близко к поверхности при давлении и температуре, мало отличающихся от существующих на поверхности. В таких условиях остывание магмы происходило быстро, вследствие чего не успевали образоваться крупные зерна, поэтому новейшие излившиеся породы имеют скрытокристаллическую или аморфную, стекловидную структуру, представляющую собой массу мелких зерен, в которой имеются крупные включения, образовавшиеся в магме при более или менее длительном охлаждении ее в глубоких слоях земной коры.

Рис. 4. Классификация горных пород по происхождению.

К представителям этих горных пород относятся порфиры, андезиты, трахиты, диабазы, базальты.

Кроме указанных выше массивных пород к изверженным горным породам относят вулканические продукты переотложения и цементации рыхлого материала, выбрасываемого вулканами; их разделяют на рыхлые (вулканические пеплы, песок, пемза) и цементированные (вулканические туфы, трассы, туфовая лава).

Ниже рассмотрим по одному-двум представителям каждого класса.

Гранит – глубинная горная порода, одна из самых распространенных. Порода кислая, состоит из кварца (20 – 40 %), ортоклаза (40 – 70 %) и слюды (5 – 20 %). Структура гранита ярко выраженная зернистокристаллическая, средняя плотность - 2600 –2800 кг/м³, предел прочности при сжатии - 100 – 250 МПа. По размерам зерен различают граниты крупно-, средне-, мелкозернистые. Мелкозернистые граниты лучше сопротивляются механическим воздействиям, равномернее изнашиваются при истирании. Благодаря невысокой пористости и малому водопоглощению (до 0,9%) граниты морозостойки – выдерживают 200 и более циклов замораживания – оттаивания. Месторождения гранитов имеются на Кольском полуострове, в Карелии, на Урале, в Сибири и Воронежской области.

Базальт – излившаяся горная порода, состоящая из полевых шпатов. Структура в зависимости от условий остывания – стекловатая или скрытнокристаллическая. Средняя плотность - 2900 – 3300 кг/м³, предел прочности при сжатии достигает 500 МПа. Широко применяют для изготовления кислотоупорной химической аппаратуры.

Пемза – представитель вулканических горных пород. Это вулканическое стекло, которое образовалось при быстром охлаждении лавы на воздухе, сопровождающемся бурным выделением газов. Порода пористая (до 80% объема занимают поры), размер частиц - 5 – 30 мм, насыпная плотность - около 500 кг/м³. Пемза морозостойка, негигроскопична, имеет низкую теплопроводность. Добывают на Кавказе и Камчатке. Применяют для теплоизоляции, изготовления легких бетонов.

Осадочные горные породы – продукты разрушения первичных горных пород в результате выветривания. Важнейшими факторами выветривания являются вода, ветер и температурные изменения. Вода, проникающая в трещины, постепенно размывает и растворяет составные части горных пород, а при замерзании разрушает их. В результате резких температурных изменений породы растрескиваются и от них отделяются куски разного размера. Выветривание проявляется не только в виде механического разрушения, но и во взаимодействии составных частей горных пород с различными веществами, находящимися в атмосфере (химическое разрушение).

Осадочные горные породы в зависимости от условий образования подразделяются на обломочные, химические осадки и органогенные.

Обломочные горные породы бывают рыхлые и сцементированные. Рыхлые разделяют следующим образом по размерам обломков: крупнообломочные – при размере кусков более 2 мм (гравий с окатанными зернами и крупные пески), среднеобломочные – размер кусков 2 - 0,1 мм (пески), мелкообломочные – размеры зерен 0,1 – 0,01 мм (пылевые частицы) и тонкообломочные – размер зерен менее 0,01 мм (глины, лессы).

Обломочные породы, связанные между собой каким-либо веществом (глиной, кальцитом, кремнеземом и др.), называют цементированными. В зависимости от цементирующего вещества различают песчаники глинистые, мергелистые, известковые, кремнистые и др. Наиболее стойкие - кремнистые песчаники. Их применяют для устройства фундаментов, подпорных стенок, набережных, облицовки стен и т.д.

Органогенные породы образовались в результате жизнедеятельности и отмирания организмов, находящихся в морских и пресных водах. К органическим относят различные карбонатные и кремнистые породы.

Известняки состоят в основном из кальцита СаСО₃. Предел прочности плотных известняков при сжатии наблюдается от 80 до 200 МПа, средняя плотность - 1700 – 2600 кг/м³. В зависимости от содержания СаСО₃ известняки бывают чистыми (не менее 98% СаСО₃) и мергелистыми (не более 90% СаСО₃). Мергели представляют собой природную тонкую механическую смесь известняка и глины в разных соотношениях. Мергели используют для изготовления цементов. При содержании СаСО₃ не менее 75% мергели называют известняковыми, не менее 40% - просто мергелями и не менее 10% - глинистыми.

Плотный известняк применяют для облицовки стен, бутовой кладки, изготовления щебня, извести и т.д.

Пористые известняки и известняк-ракушечник легко поддаются распиловке на штучный камень для кладки стен и перегородок. Средняя плотность известняка-ракушечника - 600 – 1500 кг/м³, предел прочности при сжатии - 0,4 – 5 МПа.

Породы химического происхождения – это магнезит, доломит, гипс, ангидрит и т.д.

Магнезит MgCO₃ используют для получения огнеупорных материалов и магнезиального вяжущего – каустического магнезита. Доломит CaCО₃ ·MgCO₃ применяют в качестве строительного камня, щебня для бетона, получения огнеупорных материалов и вяжущего вещества – каустического доломита. Гипс и ангидрит применяют для изготовления вяжущих веществ.

Метаморфические (видоизмененные) горные породы образовались из первичных и вторичных горных пород под действием высокой температуры и давления. Из метаморфических горных пород в строительстве применяют гнейсы, мраморы, кварциты и глинистые сланцы.

Мраморы образовались из известняков. Состоят они из прочных сросшихся между собой кристаллов кальцита. Предел прочности при сжатии - 120 – 300 МПа, средняя плотность - 2600 – 2800 кг/м³, водопоглощение - 0,1 – 0,7%, хорошо сопротивляются истирающим воздействиям. Из них изготавливают плиты для внутренней отделки помещений, плитки для полов, ступени, подоконные доски и т.д. Мраморы не рекомендуется применять для наружной отделки.

Кварциты – метаморфическая разновидность кремнистых песчаников с перекристаллизованными и сросшимися зернами кварца так, что цементирующее вещество неотделимо от зерен кварца. Предел прочности при сжатии очень высок – до 400 МПа, средняя плотность - 2500 –2700 кг/м³. Применяют в особо ответственных сооружениях – мостах, облицовочных работах, в качестве бутового камня, щебня и сырья для получения огнеупорных (динасовых) изделий.

Гнейсы образовались в результате перекристаллизации гранитов. Используют гнейсы в виде плит для облицовки каналов, набережных, кладки фундаментов, устройства тротуаров и т.д.