Горные породы

Горные породы представляют собой природные минеральные агрегаты, слагающие земную кору. Название «горные породы» - условное и распространяется на все породы земной коры, независимо от места их нахождения (горы, равнины и т.д.). Отрасль геологии, которая изучает состав, строение и условия залегания горных пород, называется петрографией.

В настоящее время известно около 1000 видов горных пород. Каждой горной породе свойственны более или менее постоянный состав и свойства, а для некоторых определенные условия залегания.

Горные породы чаще всего полиминеральны. В отдельных случаях они могут состоять из одного минерала (кварцит из кварца, мрамор из кальцита). Горные породы не имеют химических формул. Их состав оценивается валовым химическим анализом, например химический состав базальта: SiO₂– 49-52%,A₂O₃– 10-14%,Fe₂O₃– 4-14%,CaO– 8-10% и т.д.

Для строительных целей горные породы могут быть использованы в качестве оснований, материала или среды, в которой возводятся инженерные сооружения.

По своему происхождениюгорные породы делят на три типа:

- магматические;

- осадочные;

- метаморфические.

В свою очередь указанные типы делятся на группы по условиям их залегания в земной коре.

Классификация

С поверхности Земля на 75% сложена осадочными породами и на 25% магматическими и метаморфическим (в основном они развиты в горных районах). Основную же массу всей земной коры составляют магматические горные породы (около 95% ее массы).

К магматическим относятся породы, возникшие из расплавленной магмы путем ее прорыва в верхние слои земли и последующего остывания и кристаллизации на некоторой глубине от поверхности, либо излива на поверхность земли.

История формирования магматических горных пород берет начало с образования магмы, которая затем последовательно изменялась под воздействием слабо изученных сложнейших взаимосвязанных физических, химических процессов. Процессы эти во многом завершаются при охлаждении или кристаллизации магмы с образованием агрегатов силикатных минералов. В зависимости от условий, в которых происходит охлаждение и застывание магмы, горные породы делят на интрузивные (глубинные) и эффузивные (излившиеся).

Структура глубинных пород (гранит) всегда полнокристаллическая (зернистая), что связано с оптимальными условиями кристаллизации (медленное остывание). Структура излившихся пород скрытокристаллическая (отдельные минералы видны только под микроскопом), главный представитель базальт.

Формы залегания магматических горных пород

Батолиты – представляют собой огромные (до многих сотен квадратных километров) магматические образования, уходящие вглубь широким основанием.

Лакколиты – интрузивные тела размером от 0,2 до нескольких километров, раздвигающие и приподнимающие породы в виде свода. Типичные лакколиты горы Маштук, Бештау на Кавказе, гора Аю-Даг в Крыму.

Штоки – магматические тела, уходящие в недра земли в виде гигантских каменных столбов.

Жилы образуются при заполнении тектонических трещин магматическим расплавом.

Если они секут пласты горных пород близко к вертикали, их называют дайками.

Все магматические породы в невыветрелом состоянии обладают высокой прочностью, водостойкостью и практически пригодны для возведения большинства сооружений. Прочность магматических пород во много раз превосходит нагрузки даже от самых тяжелых и ответственных сооружений. Пример таких пород гранит, базальт, диорит (см. рис.). Отрицательными качествами магматических пород являются их трещиноватость и наличие крупных пустот, что особенно важно учитывать при строительстве плотин, водохранилищ и тоннелей.

Осадочные горные породы (песок, глина, известняк, мел и др.) наиболее широко распространены на земной поверхности и в то же время обладают большим разнообразием видов и большой изменчивостью свойств. Осадочные породы являются конечным продуктом преобразования магматических (коренных) горных пород в процессе их выветривания, т.е. разрушительного воздействия воды, колебаний температур и т.д.

Продукты разрушения переносятся ветром, водой и на определенном этапе переноса отлагаются, образуя рыхлые скопления или осадки. Накопление происходит на дне рек, морей, океанов и на поверхности суши. Из рыхлых скоплений с течением времени формируются различные осадочные породы.

Осадочные породы слагают самые верхние слои земной коры, покрывая своеобразным чехлом породы магматического и метаморфического происхождения. Несмотря на то, что осадочные породы составляют всего 5% земной коры, земная поверхность на 75% своей площади покрыта именно этими породами, в связи, с чем строительство и производится в основном на осадочных породах. Инженерная геология уделяет этим породам особое внимание.

Мощность толщ осадочных пород колеблется в широких пределах – в одних местах она очень мала, в других исчисляется километрами.

Осадочные породы принято подразделять на три основные группы:

- обломочные;

- химического происхождения (хемогенные);

- органогенные, возникшие в результате жизнедеятельности организмов.

Породы обломочного происхождения состоят из продуктов механического разрушения магматических и метаморфических пород, а также ранее образовавшихся осадочных пород. К породам обломочного происхождения относятся крупнообломочные породы, пески, глины.

Хемогенные породы образуются в результате выпадения из водных растворов химических осадков; процесс протекает в водах морей, заливах, соленых источниках и т.д. Общей для пород особенностью является их растворимость в воде, трещиноватость. Наиболее распространенными хемогенными породами являются известняки, гипс, каменная соль).

Органогенные породы образуются в результате накопления и преобразования остатков животного мира и растений, отличаются значительной пористостью, многие растворяются в воде, обладают большой сжимаемостью. К органогенным породам относится например известняк-ракушечник.

Состав, состояние и свойства грунтов осадочного происхождения зависят от стадии формирования, на которой находится исследуемый грунт, и условий, в которых протекает процесс его формирования (известняки, песчаники, доломит, каменная соль, гипс, ангидрит). Как и магматические осадочные горные породы широко используются в качестве природных строительных материалов. В первую очередь это относится к рыхлым обломочным породам – супесям, суглинкам, глинам, пескам, крупнообломочным породам.

Метаморфические горные породы по происхождению вторичны. Они образовались из магматических и осадочных пород под действием давления, высоких температур, водных химических растворов и ряда других факторов, в результате чего произошло изменение их состава, структуры, текстуры, прочности внутренних связей.

Преобразование пород может происходить разными путями:

1. На огромных площадях при погружении целых регионов земной коры в зоны высоких температур и давлений (региональный метаморфизм).

2. При контакте пород с раскаленными интрузивными телами (контактный метаморфизм).

3. Под воздействием огромных давлений, возникающих в процессе горообразовании (динамометаморфизм).

Метаморфические породы по внешнему виду и условиям залегания занимают промежуточное положение между магматическими и осадочными породами. По минеральному составу они ближе к магматическим породам.

В процессе движения земной коры метаморфические породы могут быть выведены на поверхность, и служить объектом строительной деятельности человека. Они являются хорошим скальным основанием для зданий и сооружений. При строительстве подземных сооружений сланцеватость оказывает неблагоприятное действие, так как по плоскостям сланцеватости возможны обвалы, особенно кровли горизонтальных подземных выработок. Породы чаще всего бывают трещиноватыми.

В целом эти породы обладают достаточной прочностью, плотностью, водостойкостью и в большинстве случаев залегают на значительной глубине. Типичными их представителями являются сланцы, мраморы, кварциты. Однако при оценке строительных свойств метаморфических пород следует учитывать их сланцеватость, трещиноватость и некоторые другие неблагоприятные свойства. Прочность пород оказывается значительно ниже вдоль сланцеватости, чем перпендикулярно к ней. Некоторые метаморфические зернистые породы (например, мрамор) способны к растворению в воде.

ДИОРИТ
МРАМОР
ДОЛОМИТ