3.4. Классификация минералов.

По химическому составу и внутреннему строению все минералы подразделяются на несколько классов, из которых важнейшими являются: самородные элементы, сульфиды (сернистые соединения), оксиды, и гидроксиды, галоидные соединения, карбонаты, сульфаты, фосфаты, силикаты.

Самородные элементы.

Самородные элементы, по подсчетам академика А.Е.Ферсмана, составляют 0,1% массы земной коры. В самородном состоянии в земной коре и в составе метеоритов установлено 50 элементов. К ним относятся металлы – золото, серебро, платина, медь; полуметаллы – мышьяк, сурьма, висмут; неметаллы – сера, алмаз, графит и др. Многие самородные элементы имеют большое практическое значение.

Сульфиды (сернистые соединения)

Сульфиды составляют 0,25% от массы земной коры, объединяя свыше 250 минералов. Многие минералы этого класса имеют важное промышленное значение, являясь рудами различных металлов.

Оксиды и гидроксиды

Оксиды и гидроксиды широко распространены в земной коре, составляя 17% ее массы, причем на долю одного лишь кремнезема приходится 12,6%, а оксиды железа составляют 3-4% от массы земной коры. В настоящее время известно около двухсот минералов этого класса. Некоторые из них являются породообразующими минералами (например, кварц), другие относятся к рудам (например, гематит, магнетит, хромит).

Карбонаты.

Карбонаты составляют 1,7% от массы земной коры, объединяя 80 минералов.

Силикаты.

Силикаты представляют собой многочисленный класс минера­лов, включающий в себя совместно с разновидностями до пятисот представителей, что составляет около четверти всех известных минера­лов. На долю силикатов приходится примерно 80% массы всей земной коры. Они являются важнейшими породообразующими минералами.

Классификация силикатов в настоящее время проводится по структурному принципу. В основе строения минералов этого класса лежит кремнекислородный тетраэдр SO₄^4-. В центре этой структурной формы находится ион кремния, а в вершинах тетраэдра – ионы кислорода.

Когда кремнекислородные тетраэдры изолированы друг от друга и объединяются в кристаллической решетке с помощью катионов других металлов, образуются островные силикаты. При соединении кремнекислородных тетраэдров в кольца возникают кольцевые структуры, при дальнейшем усложнении связей - цепочечные, ленточные, чистовые (слоевые) и каркасные силикаты.

Хлориты.

К хлоритам относятся слюдоподобные минералы сложного химического состава. Сингония моноклинная. Кристаллы таблитчатые, чешуйчатые. Агрегаты - чешуйчатые, листоватые, сплош­ные, рыхлые, землистые массы. Цвет обычно зеленый различных оттенков, реже желтый до красноватого. Черта зеленовато-белая, серая. Блеск стеклянный до перламутрового. Твердость 1,5-3. Спайность весьма совершенная.

Глава 4. Общие сведения и классификация горных пород

4.1. Условия образования горных пород

Горные породы изучаются петрографией и ее разделами. Петрогра­фия рассматривает процессы образования горных пород, условия их залегания, а также состав, внутреннее строение и другие признаки с целью выяснения закономерностей в распространении полезных ископаемых.

Практические задачи строительного дела также требуют изучения горных пород, но с другой целью. В строительной практике горные породы используются как естественное основание, среда или строи­тельный материал для различных сооружений. Поэтому в инженерной геологии изучение горных пород в конечном итоге направлено на исследование их прочности, деформируемости, устойчивости и водопроницаемости.

Под прочностью понимается свойство горных пород сопроти­вляться разрушению под действием нагрузки. Деформируемость характеризуется изменением формы сложения и объема горных пород под нагрузкой, а устойчивость — их способностью сохранять данное физическое состояние, прочность или равновесие, несмотря на дей­ствие на них различных сил (агентов выветривания, силы тяжести, гидростатического и гидродинамического давления и др.). Водопро­ницаемостью горных пород называют свойство их фильтровать воду.

Так как эти важные свойства горных пород определяются естественноисторическими условиями их образования и, следовательно, условиями залегания, составом, структурой, текстурой и физиче­ским состоянием, изучение их в инженерной геологии должно быть петрологическим. Такой подход к изучению горных пород в инженер­ной геологии определяется еще и тем, что они в земной коре постоянно подвергаются существенным изменениям под влиянием природных геологических факторов (литификации, метаморфизма, тектониче­ских нарушений и трещиноватости, выветривания и др.). Есте­ственно, что петрологический подход к изучению горных пород в инженерной геологии несколько отличен от собственно петрологи­ческого.

В инженерной геологии исследуются именно те особенности со­става, строения и свойств горных пород, которые определяют их прочность, деформируемость, устойчивость и водопроницаемость. Необходимым является также учет искусственных факторов, возни­кающих при строительстве различных сооружений, при вскрытии горных пород глубокими выемками, подземными выработками, при разгрузке и разуплотнении, нагрузке и дополнительном уплот­нении, осушении и изменении влажностного режима, усилении или ослаблении влияния подземных и поверхностных вод, изменении температурного режима горных пород и др. Таким образом, при инженерно-геологическом изучении горных пород должна существо­вать определенная направленность, которая требует:

1. изучения всего разреза горных пород в деталях в пределах активной зоны под сооружением или в сфере его влияния;

2. выделения в разрезе всех разностей пород, существенно отли­чающихся по своим петрографическим признаками строительным качествам, независимо от их мощности и распространенности. При этом особое внимание обращается на выделение слабых со строитель­ ной точки зрения разностей пород;

3. изучения не только петрографических признаков горных пород, но и их физического состояния и физико-механических свойств;

4. изучения пород в их естественном залегании, при естественном сложении и влажности, в условиях естественной обводненности и т. д. В тех случаях, когда горные породы используются как строи­ тельные материалы, они могут исследоваться и состоянии нарушен­ного сложения;

5. учета и выяснения изменения состава, состояния и свойств пород под влиянием сооружений и прогноза этих изменений;

6. широкого применения специальных лабораторных и полевых методов исследования свойств горных пород, методов новых, не используемых в геологии;

7. соблюдения в изучении горных пород определенной последова­тельности.

На предварительной стадии исследований при изучении района предполагаемого расположения сооружений должны быть выделены генетические и петрографические типы горных пород, встречающиеся в нем, выяснены их распространение, условия залегания, положение в геологической структуре района и оценено влияние каждой раз­ности пород на устойчивость тех или иных участков местности и про­ектируемых па них сооружений. На этой стадии даются предвари­тельная петрографическая характеристика и оценка физико-механи­ческих свойств каждого типа горных пород и устанавливаются их специфические особенности, которые могут влиять на выбор района расположения сооружений и па которые следует обратить внимание па следующей стадии более детальных исследований.

На предварительной стадии исследований свойства горных пород характеризуются обобщенными средними показателями. На этой стадии инженерно-геологическое их изучение выполняется главным образом в процессе инженерно-геологической съемки и сопровожда­ющих ее незначительных разведочных и лабораторных работ.

На стадии детальных исследований, при выборе строительной площадки и особенно в пределах выбранной площадки или участков расположения отдельных сооружений инженерно-геологическое изу­чение горных пород состоит в окончательном установлении последова­тельности напластования (стратификации) отложений, в выяснении условий залегания каждой разности пород, в детальном изучении их петрографических особенностей и физико-механических свойств. При этом следует по возможности выяснить степень однородности и изменчивости состава, строения, состояния и свойств каждой разности пород по простиранию и мощности в пределах всей строи­тельной площадки или участков расположения отдельных соору­жений. В итоге такого изучения устанавливаются расчетные показа­тели физико-механических свойств пород, условия строительства на них проектируемых сооружений и в случае необходимости наме­чаются мероприятия, обеспечивающие их устойчивость. На этой стадии инженерно-геологическое изучение горных пород осуще­ствляется главным образом в процессе разведочных, опытных и лабо­раторных работ.

Таковы общие принципы и направленность изучения горных пород в инженерной геологии. Это значит, что оно должно носить специализированный петрологический характер в связи с решением широкого круга строительных вопросов. При этом следует заметить, что в инженерно-строительном деле любые горные породы, разраба­тываемые горными выработками, котлованами, используемые в ка­честве строительных материалов для насыпей, дамб, земляных пло­тин или находящиеся в сфере воздействия инженерных мероприятий и сооружений, часто называют грунтами, однако само понятие «грунт» различными исследователями понимается по-разному.

В природных условиях обычно состояние и свойства отдельных разностей горных пород изменяются постепенно. При возведении сооружений необходима оценка свойств горных пород как рыхлых, так и твердых — скальных. Характер и метод этой оценки различны в зависимости от типа и состояния пород, типа проектируемого соору­жения и стадии исследования. Поэтому единственно правильным определением термина «грунт» следует признать определение, при­нятое в инженерной геологии.

Грунт — это условное прикладное наименование любой горной породы. Раздел инженерной геологии, в котором излагаются основы инженерно-геологического изучения горных пород, нередко назы­вают грунтоведением. Однако надо признать, что этот термин не геологический, он не отражает ни геологического, ни петрографиче­ского подхода к изучению горных пород и не соответствует современ­ному содержанию предмета.

Термин «грунтоведение» вошел в научную, учебную и производ­ственную литературу в 30-х годах, когда начиналось изучение горных пород как грунтов преимущественно для дорожных целей, т. е. когда содержание этого направления было узко практическим и суще­ственно отличалось от современного. Поэтому направление в инженер­ной геологии, раздел ее, занимающийся специализированным петро­графическим изучением горных пород, правильнее называть инже­нерной петрологией.