7522

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Е.Н. Зотова

ГОРНЫЕ ПОРОДЫ.

КЛАССИФИКАЦИИ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к практическим занятиям (включая рекомендации по организации самостоятельной работе) для обучающихся по дисциплине «Геология» по направлению подготовки 05.03.06 Экология и природопользование, профиль Природопользование

Нижний Новгород

2016

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Е.Н. Зотова

ГОРНЫЕ ПОРОДЫ.

КЛАССИФИКАЦИИ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к практическим занятиям (включая рекомендации по организации самостоятельной работе) для обучающихся по дисциплине «Геология» по направлению подготовки 05.03.06 Экология и природопользование, профиль Природопользование

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГОРНЫХ ПОРОДАХ

Горные породы – закономерные скопления минералов, образующие более или менее самостоятельные геологические тела. Наука, изучающая горные породы – петрография. Задача петрографии – изучение минерального состава пород, их строения, сложения, условий залегания, распространения и происхождения. Минеральный, а, следовательно, и химический составы горных пород в известных пределах могут колебаться.

Минералы, присутствующие в горной породе в количестве не менее 10%, называют главными породообразующими минералами, менее 10% – второстепенными. Одни и те же минералы могут быть для одних пород главными, для других – второстепенными (акцессорными). Горные породы могут состоять из частиц преимущественно одного минерала, и в этом случае они называются мономинеральными. Горные породы, состоящие из закономерного сочетания частиц нескольких различных минералов, называются полиминеральными. Предварительное определение минералогического состава производится на свежем сколе породы визуально или с помощью обычной лупы; окончательное – с помощью специальных анализов и оптических приборов. Определение минералогического состава пород позволяет в большинстве случаев только установить их качественный и количественный вещественный состав. Ответ на вопрос, как они образовались из этих составных частей, дает изучение структуры и текстуры горной породы.

Структура – совокупность особенностей агрегатного строения горной породы, обусловленная размерами, формой, генезисом, взаимоотношениями и расположением ее отдельных частей. Под структурой понимается степень кристаллизации горной породы, или строение породы, обусловленное величиной и формой минералов, слагающих породу.

Текстура – это соотношение отдельных частей, слагающих породу и характеризующих степень однородности. Текстура характеризует способ заполнения пространства горной породы, расположение и распределение компонентов породы в занимаемом ею пространстве. Во внешнем облике породы текстура отображает особенности крупного масштаба: слоистость, сланцеватость, пористость, массивность и т.д. Текстура и структура горных пород во многом определяют их строительные свойства.

По условиям образования все горные породы подразделяются на три группы: магматические, осадочные и метаморфические.

Магматическими называются породы, образовавшиеся при застывании в недрах земли или на ее поверхности сложного силикатного расплава – магмы.

Осадочными являются породы, образовавшиеся в условиях поверхностной температуры и давления из продуктов разрушения любых пород и выпавшие в осадок на поверхности суши или на дне моря.

4

Метаморфические – это магматические и осадочные породы, видоизмененные под влиянием высокой температуры, большого давления и особых физико-химических условий.

Горные породы изучаются в геологических науках с различных точек зрения, в том числе как вместилища полезных ископаемых – руды, угля, нефти, солей и подземных вод и как основание, среда и материал для строительства различных сооружений. Строение, сложение, состояние, физико-механические и физико-химические свойства, условия залегания горных пород предопределяют ряд их важных инженерных особенностей, как–то: поведение при растворении, устойчивость при процессах выветривания, прочность при гражданском, промышленном, гидротехническом строительстве и т.д.

Как физические тела горные породы характеризуются плотностными, упругими, прочностными, тепловыми, электрическими, магнитными, радиационными и др. свойствами. Свойства горных пород обусловлены их составом и строением, а также термодинамическими условиями.

ГОСТ Р 50544-93 «Породы горные. Термины и определения» выделяет следующие свойства горных пород.

Водные – свойства горных пород по отношению к воде. К ним относятся: влагоемкость (свойство горных пород удерживать воду); водопроницаемость (способность горных пород пропускать через себя воду при некотором перепаде давления); влажность (массовая доля свободной и физически связанной воды в горной породе, находящейся в данных условиях); водоотдача (способность насыщенных до полной влагоѐмкости горных пород отдавать часть воды путѐм свободного отекания под влиянием силы тяжести).

Плотностные – свойства, характеризующие взаимосвязь между массой и объемами горных пород или минералов. К ним относятся две группы показателей: гравитационные (удельный и объемный вес) и структурные (удельная масса, плотность, пористость общая, пористость открытая, коэффициент пористости).

Механические – свойства горных пород, характеризующие возникновение, распределение и изменение механических напряжений и деформаций в горной породе при воздействии механических нагрузок. К механическим свойствам относятся прочностные (к ним относятся предел прочности при одноосном сжатии, предел прочности при одноосном растяжении, сцепление, угол внутреннего трения); деформационные (модуль упругости, коэффициент поперечных деформаций, модуль сдвига, модуль всестороннего сжатия, модуль деформации); акустические (коэффициент затухания, скорости распространения в массиве продольных, поперечных и поверхностных волн); реологические (параметры ползучести, период релаксации).

Горно-технологические – свойства пород, характеризующие взаимодействие между горной породой и инструментом, механизмом или технологическим процессом при производстве горных работ. К ним

5

относятся: коэффициент крепости; коэффициент разрыхления; коэффициент трения.

Тепловые свойства – свойства, характеризующие распределение, поглощение и преобразование тепловой энергии в горной породе. К ним относятся теплопроводность; температуропроводность; удельная теплоѐмкость; температурный коэффициент линейного расширения; температура фазовых превращений; удельная теплота плавления.

Электромагнитные – свойства, характеризующие возникновение, изменение, распределение, поглощение и преобразование электромагнитного поля в горной породе. Электромагнитные свойства можно подразделить на две группы: электрические (включают такие свойства как объѐмное удельное электрическое сопротивление, диэлектрическая проницаемость, тангенс угла электрических потерь, электрическая прочность) и магнитные (включает свойства: магнитная восприимчивость, магнитная проницаемость, остаточная намагниченность, коэрцитивная сила).

Радиационные свойства – свойства, характеризующие выделение, поглощение, распространение и воздействие на минеральные составляющие радиоактивного излучения и потоков микрочастиц в горной породе. К ним относятся: естественная радиоактивность, линейный коэффициент поглощения гамма-излучения, эффективное сечение поглощения нейтронов, эффективное сечение рассеяния нейтронов

Оптические – свойства горных пород, характеризующие поглощение, пропускание и отражение электромагнитных волн оптического диапазона в горной породе. К ним относятся: альбедо, коэффициент яркости, степень черноты.

6

2 МАГМАТИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

2.1 Классификация магматических горных пород

Магматические горные породы являются продуктом остывания магмы

–сложного силикатного расплава, насыщенного парами, газами и летучими компонентами. Магматические процессы происходят на глубине и протекают при высокой температуре и обычно большом давлении, возникающих вследствие расплавления горных пород из-за радиоактивного распада в обособленных очагах на различных глубинах. Магма, поднимаясь из глубин земли, в большинстве случаев не достигает ее поверхность. Внедряясь в земную кору, магма медленно остывает и затвердевает, образуя разнообразные по форме магматические тела – интрузии, значительно осложняющие структуру коры и скрытые под покровом толщи осадочных образований.

Магматические горные породы различают по минералогическому и химическому составу. В магматических породах обычно встречаются такие минералы, как кварц и различные силикаты, в первую очередь полевые шпаты, а затем пироксены, амфиболы, слюды, оливин и др. Но соотношение между содержанием кварца, полевых шпатов и цветных минералов (темные железомагнезиальные минералы из групп силикатов) в значительных пределах изменяются, что определяет собой разнообразие магматических горных пород и кладется в основу минералогической классификации. При рассмотрении химического состава магматических пород важное значение

имеет содержание в них оксида кремния (SiO2) которое положено в основу химической классификации. По содержанию SiO2 все магматические горные породы подразделяются на кислые, средние, основные и ультраосновные. Содержание SiO2: в кислых – более 65% , средних – от 65 до 52%, в основных

–52-45%, в ультраосновных – < 45%. Кислым породам свойственны такие минералы как кварц и калиево-натриевые полевые шпаты, основным – цветные минералы – авгит, роговая обманка, оливин, а также средние и основные плагиоклазы (таблица 2.1).

7

2.2 Определитель магматических пород

Основные диагностические признаки, по которым производится определение наименования образцов магматических горных пород: цвет, структура, текстура, минеральный состав.

Цвет образца зависит от минерального состава и отражает условия образования горной породы. Для большинства магматических горных пород основным отличительным признаком является цвет образца, он зависит от соотношения светлых и темноцветных минералов. Светлая окраска (белая, розовая, красная, зеленая) присуща кислым интрузивным или эффузивным горным породам. Темная окраска (зеленовато-черный, черный цвет) встречается у образцов пород, которые относятся к ультраосновным интрузивным или к основным эффузивным горным породам. Образцы грунтов, которые имеют переходные интенсивности окраски (от светлых к темным) и основную окраску (серые, зеленовато-серые, серо-зеленые, розовато-серые, серо-коричневые, коричневатые, коричневые, темнокоричневые и др.) относятся к средним или основным интрузивным, или к средним эффузивным горным породам.

Структура магматических горных пород связана с тем, на какой глубине была остановлена и застывала магма. В том случае, если магма застывает на большой глубине, в условиях высоких давлений и в течение длительного времени, образуются породы, которые характеризуются полным развитием кристаллов всех минералов. Порода приобретает полнокристаллическую равномернозернистую структуру. Такие породы называются интрузивными, или глубинными. К ним относят граниты, сиениты, диориты, габбро, дуниты, пироксениты, перидотиты.

В том случае, если магма выходит на поверхность (при вулканических извержениях), она теряет вследствие уменьшения давления газообразные компоненты и, становясь лавой, – быстро застывает, образуются породы другого типа. Для них характерна или скрытокристаллическая (или афонитовая) структура, при которой кристаллы так мелки, что едва различимы, или мелкокристаллическая (мелкозернистая) структура. Такие породы называются эффузивными или излившимися. К ним относятся фельзиты, липариты, трахиты, андезиты, базальты. В некоторых условиях, особенно для вязких кислых (а также и других) лав, потерявших газовые компоненты, кристаллизация вообще оказывается невозможной, и порода приобретает облик стекла, содержащего порой бесчисленное множество пузырьков не успевшего выйти газа. Подобная стекловатая структура характерна для обсидианов, перлитов и пемз.

Интрузивные и эффузивные породы представляют собой крайние звенья в длинном ряду магматических образований. К промежуточному типу, т.е. к гипабиссальным породам, относятся такие, которые обладают порфировой или порфировидной структурой. В этом случае на общем фоне скрытокристаллической массы видны отдельные крупные кристаллы какоголибо одного минерала. К промежуточному типу, т.е. гипабиссальным

9