__3__ УП ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Особые свойства г. п. – их уникальные диагностические признаки.

1.1.6 М.П.И. (месторождения полезных ископаемых)

Формы залегания – формы геологических тел, которые образует та или иная горная порода в земной коре.

Полезные ископаемые – это вещества земной коры, которые могут быть использованы в сфере материального производства. Граница между понятиями «горная порода» и «полезное ископаемое» чисто экономическая, она определяется потребностью производства, уровнем развития техники, транспортными возмо ж- ностями и др. Следовательно, горная порода становится полезным ископаемым, как только появляется необходимость и возможность еѐ применения.

Месторождение – это участок земной коры, в пределах которого произошло накопление полезных ископаемых, по количеству, качеству и условиям эксплуатации пригодных для промышленного использования, в том числе и в строительной отрасли.

Владение сведениями о местонахождении промышленных скоплений природного строительного камня или сырья для производства строительных материалов важно для инженера-строителя с практической точки зрения, особенно в условиях рыночной экономики при постоянно возрастающих расценках на грузовые перевозки.

1.1.7 Применение Применение горных пород в народном хозяйстве имеет чрезвычайно боль-

шое значение и различную направленность:

а) основания сооружений.

Перед началом любого строительства обязательно проводятся тщательные исследования горных пород на участке предстоящих работ. Необходимо дать грамотную оценку устойчивости массива, которая зависит как от прочностных свойств породы (сжимаемость, трещиноватость), так и от химических (растворимость в воде, способность к выщелачиванию). При низкой устойчивости масси-

ва необходимо правильно выбрать меры по его предварительному укреплению;

б) естественные строительные материалы или строительный камень -

это горные породы, применяемые в строительстве в естественном виде, пройдя лишь поверхностную обработку.

ПРИМЕНЕНИЕ ПРИРОДНОГО КАМНЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ ДОРОГО, НО ЭКОНОМИЧЕСКИ ОПРАВДАНО.

11

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИРОДНОГО КАМНЯ ДОЛЖНО БЫТЬ РАЦИОНАЛЬНЫМ.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИРОДНОГО КАМНЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

ПРЕДПОЛАГАЕТ УХОД ЗА НИМ.

штучный камень - предпочтение отдается породам с массивной текстурой

имелко- и среднезернистой структурой, с декоративной окраской;

монументальный камень – наиболее прочный, декоративный и дорогостоящий материал, - служит для изготовления памятников, скульптур и крупных архитектурных деталей. Для его получения необходимо отделить от массива очень крупные блоки (размером от нескольких метров до десятков метров, весом до нескольких тысяч тонн);

облицовочный камень как и монументальный, должен быть прочным, погодостойким и декоративным. Но получение крупных блоков не является обязательным условием;

стеновые блоки должны быть изготовлены из прочного и пористого камня;

бордюрный камень не должен быть декоративным, но обязательно –

прочным и погодостойким;

дроблѐный камень – щебень, бутовый камень;

в) сырьѐ для изготовления стройматериалов:

цемент;

кирпич и керамические изделия;

стекло;

изоляционные материалы;

огнеупоры;

каменное литьѐ (в петрургии);

г) другое применение:

энергетика;

металлургия;

сельское хозяйство;

химическая промышленность;

пищевая промышленность;

производство кислотоупоров;

поделочные и декоративные камни;

источники ценных элементов и др.

12

1.1.8 Основные сведения об отдельных классах горных породах

М А Г М А Т И Ч Е С К И Е Г О Р Н Ы Е П О Р О Д Ы

Начиная со светлых гранитов и сиенитов и кончая тѐмными тяжѐлыми базальтами, пѐстрой картиной лежат перед нами затвердевшие волны и брызги нéкогда расплавленного океана.

А. Е. Ферсман, «Занимательная минералогия»

Образование магматической горной породы заключается в кристаллизации - постепенном выделении минералов в твѐрдом состоянии, - из м á г м ы (от греч. magma – густая мазь) или л á в ы (от лат. labes – обвал, падение; итал. lava -

затопляю) в процессе их остывания. Кристаллизация продолжается до тех пор, пока вся масса расплава не перейдѐт в твѐрдое состояние, т.е. не обратится в ту или иную горную породу.

В одних случаях магма, прорываясь по трещинам земной коры, застывает в еѐ недрах в условиях высокого давления и медленной теплоотдачи. Образуются массивные, хорошо раскристаллизованные горные породы (гранит,

габбро).

Их называют и н т р у з ú в н ы м и (внедрившимися от лат. ин-

трузио - проникать, внедрять) или г л у б и н н ы м и.

Слишком густая магма с трудом проникает в трещины и образует

ж и л ь н ы е породы (пегматит, диорит).

В других случаях магма достигает земной поверхности. Из-за перепадов давления она теряет часть газов и пара, превращаясь в лаву, которая быстро застывает при низком давлении. Образуются породы с обилием аморфного стекла (обсидиан), часто очень пористые (базальт).

Такие породы называют э ф ф у з ú в н ы м и (излившимися) или в у л к а н и ч е с к и м и. Они аналогичны интрузивным по составу, но резко отличаются по внешнему виду и свойствам.

Химический состав магматических горных пород является оснóвой их классификации. Учитывая характерные особенности состава, МГП классифицируют по содержанию кремнезѐма SiO2:

ультракислые SiO2 > 75% (пегматит);

кислые 75% ≤ SiO2 > 65% (гранит, обсидиан); средние 65% ≤ SiO2 > 52% (диорит, андезит); основные 52% ≤ SiO2 > 40% (габбро, базальт);

ультраосновные SiO2 ≤ 40% (перидотит, пироксенит).

13

В составе этих групп выделяют малую группу щелочных пород, отличающихся повышенным содержанием натрия и калия (сиенит, трахит).

Минеральный состав МГП разнообразен, хотя представлен сравнительно небольшим числом минералов, преимущественно силикатов. Как для любых других горных пород, он более или менее постоянен для каждой конкретной магматической горной породы.

Главные (породообразующие) минералы МГП - полевые шпаты (около

60%), кварц и пироксены (по 12%), остальные минералы (роговая обманка, нефе-

лин и др.) имеют меньшее значение. Второстепенные минералы МГП не являются их неотъемлемой частью, но могут сильно влиять на свойства пород (присутствие

1-2% пирита делает гранит непригодным для облицовки).

Среди магматических горных пород встречаются как мономинеральные (дунит), так и полиминеральные (гранит, габбро). Один и тот же минерал может быть в одной породе главным, а в другой – второстепенным (роговая обманка в гранитах составляет не более 1-2 % и является второстепенным минералом, а в габбро – около 40% и является главным минералом).

Структуры МГП выделяют:

а) по степени кристалличности вещества:

полнокристаллическая – все зѐрна хорошо сформированы и легко различимы, благодаря длительной и постепенной кристаллизации (интрузивные:

гранит, габбро);

неполнокристаллическая – часть вещества успела раскристаллизоваться, а остальная масса быстро остывала, не успев сформировать зѐрна минералов;

стекловатая – порода представляет собой сплошную стекловидную массу,

что свидетельствует о быстром застывании лавы (обсидиан); б) по относительному размеру зѐрен:

равномернозернистая – зѐрна в образце имеют приблизительно одинако-

вый размер (габбро, трахит);

неравномернозернистая – в образце присутствуют зѐрна разной величины

(гранит);

порфúровая - в однородной сплошной массе породы выделяются участки

различной крупности (базальтовый порфирит);

в) по абсолютному размеру зѐрен:

крупнозернистая - более 5 мм,

среднезернистая - от 2 до 5 мм,

мелкозернистая - менее 2 мм,

скрытокристаллическая - зѐрна неразличимы невооружѐнным глазом.

Одна и та же горная порода при разных условиях может иметь разные структуры.

14

Текстуры МГП выделяют, руководствуются такими признаками: а) степень заполнения пространства

массивная - весь объѐм образца занят минеральным веществом (гранит, об-

сидиан);

пористая, пузыристая, миндалекаменная и др. - горная порода содержит

пустóты, поры и т. п. (базальт, пемза); б) однородность вещества

однородная текстура - образец горной породы обладает одними и теми же свойствами при исследовании в любом направлении (габбро, трахит);

неоднородная - пятнистая, полосчатая, флюидальная и др. (обсидиан);

в) ориентированность минералов, слагающих породу

ориентированная - длинные оси минеральных зерен вытянуты в опреде-

лѐнном направлении (пегматит - «письменный гранит»);

неориентированная - минеральные зерна расположены беспорядочно (гра-

нит, габбро).

Окраска МГП часто характеризуется термином «цветное число» или «цветной индекс», отражающим содержание темноцветных минералов (авгита, рого-

вой обманки, биотита и др.) в процентном отношении к объѐму породы. Если преобладают светлые зѐрна, то окраску называют лейкократовой (от греч. лей-

кос – белый), а если тѐмные - меланократовой (от греч. «меляс» - чѐрный). Для интрузивных магматических пород работает правило «чем светлее, тем кислее».

Окраска выветрелых магматических горных пород может значительно отличаться от первоначальной: она становится светлее, часто рыжеет.

Окраска для МГП имеет особое значение, т. к. большинство из них используют в строительстве, и от еѐ декоративности зависит стоимость строительного камня.

Плотность (удельный вес). МГП кислого состава обладают средней плотностью (у пемзы 300 -350 кг/м³, у гранита 2600 - 2700 т/м³), при изменении состава пород от кислого к основным и ультраосновным их плотность увеличивается (у

габбро 2800 - 3300 т/м³).

Водопроницаемость МГП находится в прямой зависимости от степени их трещиноватости. Влагоѐмкость для МГП не характерна.

Химическая активность горных пород, выражающаяся в их взаимодействии с 10%-ной соляной кислотой HCl и водорастворимости, для М.Г.П. не характерна.

Прочность МГП достаточно велика: предел их сопротивления одноосному сжатию колеблется от 60-70 МПа у трахита до 500 МПа у базальта. Но у выветрелых пород она значительно снижается.

15

Трещиновáтость часто возникает в массивах МГП, т. к. все они обладают жѐсткими структурными связями и не способны к пластическим деформациям. Для магматических пород свойственны все типы трещиноватости, но их особенностью является первичная трещиноватость, которая возникает в МГП уже в процессе их формирования (остывания магмы или лавы). В первую очередь охлаждаются и подвергаются кристаллизации внешние части массива. Образуется «корочка», покрывающая расплавленную массу. При дальнейшем снижении температуры объѐм массива сокращается, и «корочка» на его поверхности разбивается трещинами. Фигуры, выделяемые из массива пород системой первичных трещин, называются

о т д е л ь н о с т ь ю (рисунок 2, 3 [4]);

Устойчивость магматических горных пород исчисляется векáми, при условии, если порода отполирована и за ней осуществляется правильный уход (поли-

рованный гранит сохраняется в городских условиях до 500 лет).

Формы залегания магматических горных пород зависят от места их образования (рисунок 4 [15]). По мере разрушения окружающих пород, магматические тела выходят на земную поверхность и попадают в сферу хозяйственной деятельности человека. Безусловно, наибольший интерес в этом плане вызывают крупные геологические тела магматического происхождения, т. к. строительство на таких массивах является наиболее надѐжным. Не случайно около 30% крупнейших гидроэлектростанций мира расположены на МГП.

16

Рисунок 4 Формы магматических тел

1- б а т о л ú т (от греч. bathos – глубокий) – огромное геологическое тело, образованное, чаще всего кислой магмой; 2 - б и с м а л ú т – интрузивное тело, напоминающее по форме пробку;

3 - ш т о к (от нем. Stock – палка, ствол) – небольшое изометричное в плане геологическое тело, вертикально вытянутое и сложенное породами различного состава; 4 - э т м о л ú т – интрузивное тело неправильной формы, расширяющееся кверху наподобие воронки. Сложено, обычно, щелочными породами;

5 - д á й к а – вертикально или наклонно расположенное плитообразное геологическое тело, выполняющее трещины и чрезвычайно распространѐнное в земной коре; 6 - ж ú л а - протяжѐнное геологическое тело, образовавшееся при заполнении трещины магмой;

7 - л а к к о л ú т - (от греч. lakkos – яма, углубление, полость) грибоили караваеобразное тело, состоящее из пород среднего и щелочного состава, внедрившихся между слоями осадочных пород;

8 - л о п о л ú и т (от греч. lopas – чаша, миска) – чашеобразное тело, представленное, обычно, основными горными породами;

9 - ф а к о л ú т – (от греч. phakos – линза) – геологическое тело линзообразной формы, образовавшееся при внедрении магмы в ослабленные своды складок;

10 - п л а с т ó в а я з á л е ж ь или с и л л (от шведск. syll – лежень, подкладина) - плоское магматическое тело, внедрившееся по слоистости осадочных пород;

11 - к ý п о л (от лат. cupola – купол, свод) – форма залегания излившихся пород, возникающая при выдавливании из жерла вулкана очень вязкой лавы; 12 - л á в о в ы й о ч а г;

17

зующиеся значительной длиной при относительно небольшой ширине.

Величина массива влияет на целесообразность его разработки с целью полу-

чения строительного камня (гранит широко распространѐн и формирует очень крупные геологические тела. Заложенный в таком массиве карьер будет рентабельным, позволит получить большое количество качественного материала и обеспечит местное население работой на много лет. Другая магматическая порода – диорит, – обладает высокой прочностью и морозостойкостью, легко обрабатывается и хорошо полируется, обладает нарядной светлой окраской. Но при этом формирует очень небольшие геологические тела, и его разработка не всегда рациональна).

Месторождения. Магматические горные породы меньше, чем другие распространены на поверхности Земли. У них чѐтко выражена связь со складчатыми горными областями. Верхнюю часть толщи МГП в земной коре занимают граниты и родственные им породы, среднюю – базальты, нижнюю – ультраосновные породы.

МГП широко распространены в пределах Балтийского и Украинского щитов, Сибирской платформы. Урала, Кавказа, Алтая, Тянь–Шаня, Забайкалья, Камчатки, Сахалина.

Применение магматических горных пород в народном хозяйстве имеет чрезвычайно большое значение и различную направленность:

а) основания сооружений. Многие МГП обладают прочностью, значительно превышающей необходимую – сотни МПа. Они практически несжимаемы, нерастворимы в воде и газонепроницаемы. Все эти признаки позволяют отнести МГП к типу скальных грунтов.

Но при их оценке необходимо помнить о разнице между прочностью образцов и устойчивостью массива пород в целом. В природных условиях МГП, обычно, рассечены системой трещин, которые резко снижают устойчивость массива и нередко делают его непригодным для использования в качестве основания соор у- жений;

б) строительный камень. Магматические горные породы с древнейших времѐн используются в строительстве в естественном виде, пройдя лишь поверхностную обработку:

18

штучный камень производится из большинства МГП (гранит, сиенит,

габбро и др.).

монументальный камень – наиболее прочный и декоративный, - служит для изготовления памятников, скульптур и крупных архитектурных дета-

лей (гранит, габбро и др.);

облицовочный камень получают из большинства магматических пород.

Применение природного камня в строительстве дорого, но экономически оправдано

(асфальтовый пол служит в переходах метро не более 3-4 лет

идаѐт огромное количество пыли.

Втаких же условиях гранитный пол экологически безопасен

исрок его службы неограничен);

стеновые блоки должны быть изготовлены из прочного и пористого камня (андезит, туф вулканический);

бордюрный камень не должен быть декоративным, но обязательно – прочным и погодостойким (гранит и т.п.);

дроблѐный камень (любые МГП, отходы производства штучного камня);

в) сырьѐ для изготовления стройматериалов получают из многих МГП:

цемент (обсидиан, трахит);

керамические изделия получают, используя пегматит;

 стекло производится из липарита, обсидиана, андезита, трахита;

минеральная вата вырабатывается из диорита, пироксенита;

огнеупоры – получают из дунита;

в петрургии (каменное литьѐ) используют базальт, диабаз;

г) другое применение магматических горных пород:

производство кислотоупоров – гранит, андезит, трахит, базальт;

поделочные и декоративные камни – пегматит, обсидиан, лабрадорит;

источники ценных элементов – пегматит (топазы, вольфрам, олово и др.);

гранит (золото, серебро, вольфрам, молибден, олово, редкоземельные элементы, уран, ниобий, тантал и др.) и т. д.

19

О С А Д О Ч Н Ы Е Г О Р Н Ы Е П О Р О Д Ы

Камень - чудо природы и тайна еѐ. Э. Межелайтис

Генезис осадочных горных пород заключается в разрушении на поверхности земли различных уже существующих пород, образовании осадка, его перено-

тами физического и химического выветривания (глины); в) х е м о г é н н ы е - образуются при выпадении в осадок солей из водных рас-

творов (известняк, гипс, каменная соль);

г) о р г а н о г é н н ы е ОГП - образуются в результате накопления органических остатков (ракушечник, мел, торф, уголь);

д) часто ОГП образуются при сочетании различных процессов осадконакопления,

это породы с л о ж н о г о г е н é з и с а (мергель, опока).

Процессы осадконакопления происходят на земной поверхности повсеместно, но в разных условиях приводят к различным результатам, поэтому ОГП по д- разделяют и по месту образования:

типично морские (ракушечник, мел);

типично континентальные (щебень, торф);

полигенетические (соли, руды, песчаники).

Химический СОСТАВ ОГП по данным валового анализа соответствует составу МГП, т.к. осадочные породы состоят из продуктов их разрушения.

Минеральный СОСТАВ осадочных горных пород разнообразен. Среди главных (породообразующих) минералов ОГП много таких, которые сохранились неизменѐнными после разрушения магматических горных пород (кварц, слюды, роговая обманка и др.). Но появляются и минералы, не характерные для условий высокого давления и больших температур (кальцит, глинистые минералы, гипс и др.). Минералы осадочных пород могут находиться не только в кристаллическом и аморфном состоянии, но и в коллоидном (глинистые).

Осадочные горные породы могут быть как мономинеральными (кварцевый песок, каменная соль), так и полиминеральными (супесь, лѐсс). Один и тот же минерал может быть в одной породе главным, а в другой – второстепенным (глинистые частицы в супеси составляют не более 10% от объема, а в глинах до 100%).

20