Скальные горные породы. Структура, классификация, происхождение.

• 

Подробности

Создано 30.04.2013 11:45

Обновлено 20.06.2013 16:39

Автор: Admin

Скальные горные породы как исходное сырье для изготовления каменных материалов обладают уже а природном состоянии рядом необходимых физико-механических н технологических свойств. Каменные материалы, полученные при переработке скальных пород, используют при строительстве искусственных сооружений, устройстве дорожной одежды, дренажных и укрепительных работах, приготовлении цементобетонных, асфальтобетонных смесей и т. п.

Природные каменные материалы, являясь продуктом механической переработки и обработки скальных горных пород, отличаются от последних тем, что имеют определенные форму и размер, а в ряде случаев и характер поверхности раскола отдельностей. Поэтому их свойства зависят как от качества исходной горной породы, так и от размеров, формы кусков и характера их обработки.

В зависимости от назначения и свойств скальных горных пород, каменные материалы в строительстве применяют в виде колотого — бут, шашка для мощения, шашка пакеляж, пиленого — блоки, штучного разной степени обработки — брусчатка, облицовочные и бортовые камни, плиты или дробленого материала — щебень каменная крошка.

Качество скальных горных пород определяется, минералогическим составом, структурой, текстурой, свежестью породы и характером отдельностей, форма и размер которых в значительной мере обусловлены природными трещинами.

По составу горные породы представляют собой агрегатного или нескольких минералов. В первом случае горные породы называются простыми, или мономинеральными, и свойства их определяются свойствами минералов, составляющих породу, крупностью и характером взаимного расположения н сцепления отдельных минералов.

Породы, состоящие из нескольких минералов, называются сложными, или полиминеральными. Свойства этих горных пород зависят от сочетания свойств минералов, составляв ющих горную породу, количественного их соотношения, крупности, взаимного расположения и сцепления. Если сравнить, например, несколько разновидностей гранитов, то наибольшую прочность, устойчивость и твердость будет иметь та разновидность, в состав которой входит больше кварца и меньше слюды и которая состоит из мелких, равномерно распределенных минералов.

Помимо минералогического состава, важным признаком, определяющим свойства горной породы, является структура и текстура. Структура, или строение, горной породы определяется размером и формой кристаллов (и зерен), их взаиморасположением и характером структурных связей. Различают такие виды структур: кристаллическую, пегматитовую, порфировую, зернистую, оолитовую, зернисто-стекловатую и др.

Структура — результат процессов кристаллизации магматических или цементации осадочных пород или следствие позднейшей их метаморфизации. Поэтому породы одинакового минералогического состава могут иметь разную структуру, следовательно, различные свойства. Например, гранит и кварцевый порфир могут обладать одинаковым составом, но разной структурой и, наоборот, породы различного минералогического состава могут обладать одинаковой структурой; гранит, сиенит и диорит имеют разный минералогический состав, но одинаковую зернисто-кристаллическую структуру. Влияние структуры на характер раскола породы показано ниже

По крупности минералов, составляющих породу, принято различать разновидности структур, приведенные в таблице.

Однообразная мелкокристаллическая (и мелкозернистая) структура служит признаком более высокой прочности и стойкости против выветривания, хорошей колкости и полируемостн по сравнению с крупнозернистыми, грубозернистыми и,в особенности, пегматитовыми разновидностями горных пород. Стекловатая структура без явных кристаллических образований, характерная для некоторых эффузивных пород, определяет хрупкость шороды. Стекловатые разновидности при ударе имеют неправильный раскол с гладкой поверхностью и острыми ребрами. Породы со скрытокрксталлической структурой обычно отличаются высокой прочностью и более высокой стойкостью против химических воздействий. Хорошо выраженная макропорфировая структура придает породе красивый рисунок. Породы с порфировой и лорфировидкой структурой по сравнению с равномерно-кристаллическими разновидностями менее стойки против выветривания. Оолитовая структура осадочных пород служит признаком пониженной прочности и устойчивости.

Текстура, или сложение, указывает на содержание твердой фазы б породе и взаимное расположение минералов, составляющих ее. Часто у отдельных горных пород трудно установить грань между структурными к текстурными особенностями. Текстура может быть плотная, слоистая» сланцеватая, пористая, пемзовидная. Породы с плотной текстурой более прочны и устойчивы, теплопроводны, лучше полируются, чем пористые разновидности, обладающие повышенной водопоглощаемостью. Разновидности текстур горных пород показаны ниже.

С увеличением пористости (ноздреватости, ячеистости) понижается прочность и стойкость против выветривания. Сланцевые и тонкослоистые породы анизотропны, менее устойчивы, при ударе обычно раскалываются по направлению сланцеватости или слоистости. Под влиянием различных геологических процессов, а в верхних слоях земной коры и атмосферных факторов, в горных породах образуются явные и скрытые трещины разного направления и размеров. Эти трещины образуются в процессе формирования (первичные трещины или щели) или в результате перемещения напластований, а также под влиянием факторов выветривания - коррозии (вторичные трещины). В осадочных горных породах трещины обычно возникают по плоскостям напластования, которые являются результатом прерывистого образования осадочных горных пород. Различают следующие виды отдельностей залегания горной породы: плитообразная, пластовая, параллелипипедальная и кубовидная.

Эти отдельности облегчают изготовление штучного камня. Полиэдрическая отдельность (или неправильная многогранная) ограничивается трещинами, идущими в разных направлениях и разбивающими породу на куски неправильной формы. Из таких пород изготовляют бутовый камень, щебень, шашку для мощения. Столбчатая, или призматическая, отдельность (рисунок ниже) образуется в том случае, когда порода разбивается трещинами, образующими вытянутые отдельности в виде многогранных столбов (например, у некоторых разновидностей базальтов). Этот вид отдельяостеи облегчает выломку столбов, разделку их на шаку и брусчатку.

Сфероидальная или шаровая, отдельность образуется в результате распада породы на неправильные шарообразные отдельности с концентрически скорлуповатой макроструктурой. Шаровидные отдельности затрудняют разделку породы на отдельности требуемой формы и размера.

Горные породы, слагающие земную кору, ло генезису (происхождению) подразделяют на три большее группы: изверженные, осадочные, метаморфические.

Изверженные (магматические) годные породы образовались в результате застывания и кристаллизации магмы. Крайне разнообразные условия, при которых происходит формирование магматических горных пород, приводят к образованию пород разного минералогического состава, строения и сложения, а следовательно, и технических свойств.

Поднимаясь по разломам в земной коре, магма вследствие понижения температуры и давления постепенно застьгваег на глубине или значительно быстрее на поверхности, образуя изверженные глубинные (интрузивные) или излившиеся (эффузивные) горные породы. Форма минералообразования зависит от быстроты охлаждения: в условиях медленной кристаллизации образуются крупные кристаллы, а в условиях быстрой кристаллизации — преимущественно мелкие кристаллы. При очень быстром охлаждении образуются аморфные стекловатые породы. Если из вязкой магмы медленно выделяются газообразные продукты, образуются породы пористой, ноздреватой, пемзовидной текстуры. Неравномерное охлаждение магмы приводит к образованию призматических, шаровых, столбчатых и других форм отдельностей.

Осадочные горные породы образовались путем осаждения веществ из какой-либо среды, главным образом водной. Осаждение происходило периодами преимущественно в виде отдельных слоев и пластов. Поэтому осадочные породы называют также слоистыми или пластовыми породами. По характеру образования и по составу осадочные горные породы в свою очередь, делят на три группы: механические отложения, химические осадки и органические осадки.

Механические (или обломочные) осадочные горные породы — продукт осаждения млн накопления рыхлых продуктов, главным образом механического разрушения прежде существовавших горных пород. Они могут быть в виде рыхлого скопления обломков разной величины н формы (валуны, галька; гравий, хрящ, лесок). Рыхлые горные породы могут быть в последующем уплотнены и сцементированы природными веществами, например, глинистым веществом, железистыми соединениями, карбонатами, гипсом и пр. В этом случае образуются конгломераты, брекчии, песчаники.

Химические осадки — горные породы, образовавшиеся путем осаждения минеральных веществ из водных растворов с последующим их уплотнением и цементацией (некоторые известняки н туфы, гипс, ангидрид и др.).

Органические осадки — продукт отложения остатков различных отмерших простейших организмов с последующим уплотнением и цементацией (большинство известняков, доломиты, опоки, диатомиты и др.). Если у изверженных горных пород составляющие их минералы непосредственно связаны между собой и эта связь — спайность — образуется в момент формирования породы, то образование сцементированных осадочных горных пород происходит путем цементации зерен скелета каким-либо природным веществом и является процессом вторичным и довольно длительным. Вначале рыхлое скопление зерен постепенно пропитывается растворами природного цементирующего вещества, н по мере уплотнения, а в последующем н кристаллизации последнего, происходит цементация осадков. Зти природные цементирующие вещества — кремнистые, глинистые, железистые и др., находящиеся в коллоидном состоянии, неравномерно обволакивают зерна скелета, медленно заполняя в нем пустоты. С течением времени происходит уплотнение, а затем и кристаллизация коллоидных веществ, при этом объем цементирующего вещества значительно уменьшается. Как уменьшение объема коллоидных веществ, так и неравномерное их распределение в пустотах служат причиной образования пор, пустот и мюкрощелей в осадочных горных породах. Мелкозернистые осадочные горные породы, сцементированные кремнистым, железистым и другими коллоидными веществами, часто при высыхании растрескиваются на неправильные остроугольные обломки. Это объясняется неравномерным изменением объема коллоидных веществ при изменении влажности, что вызывает местные напряжения и приводит к появлению трещин (например, у опоковидкых пород). Минералогический состав большинства осадочных горных пород проще по сравнению с изверженными. Первичными минералами, составляющими осадочные горные породы, являются кварц, кальцит, глауконит, гипс, доломит, каолинит и др.

Метаморфические горные породы образовались в результате более или менее глубокого изменения (метаморфизма) магматических или осадочных горных пород под влиянием последующих геологических процессов и, в частности, высокой температуры и давления, а иногда и химических воздействий. Метаморфизм выражается в изменении структуры, текстуры, а иногда минералогического и химического состава породы. Главнейшими представителями метаморфических горных пород являются кварцит, мрамор и большая группа кристаллических сланцев.