Інженерно-геологічні особливості магматичних, метаморфічних, осадових гірських порід
Міністерство
освіти і науки України
Національний
університет «Львівська політехніка»
Реферат на
тему:
«Інженерно-геологічні
особливості магматичних, метаморфічних, осадових гірських порід»
Виконав:
Ст.гр.
БД-26
Нарзикулов
Б.В.
Прийняв:
Турба
Ю.В.
Львів
2014
Зміст
ГІРСЬКІ ПОРОДИ
. Магматичні гірські породи
.1 Походження та класифікація
.2 Структура і текстура
.3 Форми залягання
.4 Види окремостей
.5 Будівельні властивості
. Осадові породи
.1 Походження осадових
.2 Особливості осадових порід
.3 Структура і текстура
.4 Класифікація уламкових порід
.5 Хімічні та змішані породи
.6 Органогенні (біохімічні) породи
. Метаморфічні гірські породи.
.1 Особливості метаморфічних порід
.2 Класифікація і характеристика
метаморфічних порід
1. Магматичні гірські
породи
.1 Походження та
класифікація
Налічується близько 600 видів та різновидів
магматичних порід. Вони виникають при охолодженні розплавленої магми, що
утворюється в земних надрах і являє собою силікатну за складом масу, насичену різноманітними
газами та водяною парою. Розплавлена магма тріщинами та розломами проникає у
напрямку поверхні землі. В одних випадках вона захолоняє в надрах і таким чином
утворюються глибинні (інтрузивні) магматичні породи, в інших випадках вона
досягає поверхні землі і таким чином утворюються виливні (ефузивні) магматичні
породи; останні є аналогами глибинних.
Умови охолодження магми на глибині та на
поверхні (чи близько до поверхні) Землі різні. Глибинні порода утворюються в
умовах високого тиску, повільного та рівномірного охолодження. В цьому разі
відбувається повна розкристалізація магми, утворюються щільні, масивні,
повнокристалічні породи, що залягають великими масивами (граніт, габро).
Ефузивні магматичні породи формуються в умовах
низького тиску і температури, при швидкому охолодженні та виділенні газових
компонентів. Магма не повністю кристалізується, виникають породи з великою
кількістю аморфного скла, нерідко з великою пористістю (базальт, пемза).
Ефузивні породи, що утворилися в палеозойській ері і раніше, називають
стародавніми (палеотипними), а в більш пізній час - молодими (кайнотипними). В
палеотипних породах відбулися вторинні процеси, хімічні реакції, що призвели до
появи вторинних мінералів (приміром, хлориту у складі діабазів).
Магматичні породи класифікуються також за
вмістом двоокису кремнію SiO2.
Якщо у їх складі SiO2
>75% вони ультракислі, 65…75% - кислі, 52…65% - середні, 40…52% - основні,SiO2<
40% - ультраосновні. Цей розподіл магматичних порід за вмістом кремнезему має
певне практичне значення: породи з невисоким вмістом SiO2
мають більшу питому вагу, нижчу температуру плавлення, краще поліруються. При
зменшенні вмісту SiO2
забарвлення змінюється від світлого до темного, поступово зникає вільний кварц
і збільшується вміст піроксенів, підвищується в’язкість порід.
До складу магматичних порід входить
велика кількість первинних мінералів (польові шпати, амфіболи, піроксени,
кварц, слюди), що утворилися ендогенним шляхом, а також зустрічаються вторинні
мінерали (карбонати, глинисті), які виникли з первинних мінералів при їх
вивітрюванні. Кількість цих мінералів свідчить про ступінь вивітрилості порід.
1.2 Структура і
текстура
Властивості порід в значній мірі залежать від
внутрішньої будови та складу їх. В зв’язку з цим виникає необхідність у
вивченні структури та текстури гірських порід.
Структура інтрузивних магматичних порід завжди
кристалічно-зерниста; вона буває:
· - рівномірнозерниста: крупнозерниста
(розмір зерен більш ніж 5 мм), середньозерниста (1…5 мм), та дрібнозерниста
(менше 1мм)
· - порфироподібна - коли серед маси
дрібних чи середнього розміру зерен зустрічаються значно крупніші (порфирові
вкраплення).
Структура ефузивних порід буває:
· порфирова - серед аморфного
вулканічного скла зустрічаються окремі зерна мінералів;
· прихованокристалічна, коли вкраплені
у вулканічне скло зерна дуже малі за розміром;
· склувата - зерна мінералів відсутні,
порода складена вулканічним склом.
Текстура магматичних
порід буває:
· масивна - рівномірне, щільне
розміщення зерен мінералів в масиві гірської породи;
· смугаста - чергування смуг із різним
мінеральним складом, кольором або різною структурою;
· шлакова - порода містить в собі
великі пори, пустоти, залишені пухирцями газів, що виділялися з лави;
· плямиста - на фоні однорідної маси
вирізняються плями іншого кольору;
· очкова - плями мають округлу форму;
· флюїдальна - зерна зорієнтовані в
напрямку потоку.
1.3 Форми залягання
порода гірський осадовий уламковий
Ефузивні магматичні породи залягають у вигляді
різноманітних потоків, покривів та куполів залежно від рельєфу місцевості та
складу магми.
Форми залягання інтрузивних порід розподіляються
на січні та згідні. До січних відносять батоліти, жили, штоки, дайки і
гарполіти. До згідних - лаколіти, лопотіти (див. рис. 1).
Батоліт - це велика магматична інтрузія, площа
якої перевершує 100 км2, в плані батоліт має овальну форму, подекуди з нього
можуть виступати куполи.
Гарполіт у розтині має серпоподібну форму, у
плані - овальну.
Шток - частіше невеликого розміру інтрузія
стовпоподібної або неправильної форми.
Дайка - плитоподібна за формою, стрімкопадаюча
інтрузія, має невелику товщину і значну протяжність.
Лаколіт - це інтрузія грибоподібної форми,
розміром до 10 км2; магматичний розплав проникає в міжшаровий простір, злегка
підіймаючи верхні шари гірських порід.
Лополіт - блюдцеподібне магматичне утворення, що
залягає узгоджено із тими породами, що вміщують його.
Сіл - жила пластова, утворена внаслідок
проникнення магми між шарами осадових порід таким чином, що підошва жили є
покрівлею нижнього шару, а покрівля являє собою підошву верхнього шару.
Особливістю сілу є зберігання постійної потужності - від кількох см до десятків
метрів.
Рисунок 1 - Форми залягання магматичних гірських
порід:
- батоліт; 2 - лаколіт; 3 - жила; 4 - шток; 5 -
дайка; 6 - лавовий покрив; 7 - вулканічний конус; 8 - осадові гірські породи.
1.4 Види окремостей
порід
При охолодженні магми зменшується її об’єм, що
призводить до виникнення тонких тріщин в масивах гірських порід. Такі тріщини
розділяють породу на блоки певної форми, які називаються окремостями. Приміром,
гранітам притаманна матрацеподібна окремість, діоритам - кульова, базальтам -
стовпчаста.
Вид окремостей має значення при розробці
гірських порід, він в деякій мірі полегшує видобуток, розколювання та обробку
матеріалу. Стовпчаста окремість базальту, приміром, сприяє видобутку та
застосуванню його для брукування шляхів.
1.5 Будівельні
властивості
Невивітрілі магматичні породи мають високі
будівельні властивості, обумовлені мінеральним складом та жорсткими
кристалізаційними зв’язками між окремими зернами. Найміцнішими є породи, з
дрібнозернистою і рівномірнозернистою структурою та масивною текстурою. Меншу
міцність мають породи крупнозернисті, з порфировою та склуватою структурою.
Смугаста текстура полегшує розробку гірської породи, але знижує її якість.
Міцність магматичних порід оцінюють межею
міцності при стисканні зразків. Так, для гранітів, сієнітів. вона дорівнює 1200¼2500
кг/см2,
для діоритів, андезитів - 1500¼3000 кг/см2,
для габро, діабазів, базальтів - 2500¼5000 кг/см2.
Але слід враховувати, що в природних умовах, в масивах гірські породи звичайно
розбиті системою тріщин, що значно знижують міцність.
В цілому на оцінку надійності магматичних
гірських порід впливає ступінь їх вивітрілості, наявність тріщинуватості, форми
залягання, структура, текстура т. ін.
2. Осадові породи
Осадові гірські породи є вторинними породами.
Вони утворюються на поверхні землі, де під впливом води, повітря, живих
організмів і сонячної енергії постійно змінюється поверхневий шар літосфери,
руйнуються первинні гірські породи і мінерали. Продукти руйнування
транспортуються на схилах під впливом сили тяжіння, переносяться вітром або
водою, осідають із водяних розчинів.
2.1 Походження осадових
порід
Зміна форми залягання, мінерального складу та
місця залягання гірської породи під впливом фізичних та біологічних чинників
називається вивітрюванням. Виділяють три типи вивітрювання гірських порід:
фізичне, хімічне та біологічне. Внаслідок дії атмосферних чинників, таких як
коливання температури повітря та вода, відбувається фізичне вивітрювання
первинних гірських порід, тобто, руйнування їх внаслідок розширення мінералів
при нагріванні та стискання при охолодженні. Оскільки гірські породи
неоднорідні за своїм мінералогічним складом, а різні мінерали змінюються в
об’ємі при нагріванні та охолодженні по-різному, то порушується зв’язок між
окремими мінералами. На контактах поміж ними з’являються щілини, в них
потрапляє вода, повітря, проникає коріння рослин, оселяються лишайники та
бактерії. Усе це з часом зумовлює руйнування масивної кристалічної породи і
сприяє створенню уламків.
Виділяють певні стадії утворення уламкових
осадових гірських порід:
руйнування;
перенесення;
накопичення (акумуляція);
перетворення первинного осаду в гірську породу
(діагенез); при цьому витискується зайва волога, з’являються кристалічні
зв’язки, інколи відбувається цементація.
Фізичне руйнування гірських порід спричинюється
і льодовиками. Льодовикові маси під час руху механічно подрібнюють та переносять
уламки кристалічних порід, перетворюючи їх на валуни, гальку, пісок і. т. ін..
Руйнує тверді гірські породи і вітер внаслідок
обточування скель дрібними, зваженими рухомим повітрям, уламками (коразія).
Вітер видуває (дефляція) уламки (частки) і переносить
їх на великі відстані. При зменшенні швидкості вони відсортовуються і
відкладаються. Утворюються так звані еолові відклади (піски, леси)
Значну роль в утворенні гірських порід
відіграють річки. Величезна кількість змитих текучими водами піску, глини, пилу
відкладається в долинах, дельтах річок, морях, океанах.
Помітну роботу виконують дощові і снігові води.
Вони переносять продукти руйнування (пісок, мул, глину), сортують і відкладають
наносні породи, розчиняють різні хімічні сполуки.
Велику руйнівну роботу виконують також морські
хвилі - руйнують, подрібнюють скелясті береги, переносять і обробляють продукти
руйнування, відкладають їх, утворюючи потужні товщі осадів.
Внаслідок сукупної дії всіх чинників, які беруть
участь у фізичному руйнуванні, кристалічні порода на поверхні Землі
перетворюються на брили, валуни, гальку, щебінь, жорству гравій, пісок; при
цьому мінералогічний склад уламків не змінюється. Вказані породи називаються
уламковими осадовими породами.
Фізичне вивітрювання сприяє розвитку хімічного
вивітрювання, яке відбувається під впливом води, кисню, вуглекислоти та інших
газів, що містяться в повітрі.
Внаслідок хімічного вивітрювання змінюється
хімічний склад мінералів і вони перетворюються на сполуки з іншою будовою і
властивостями. Процеси хімічного вивітрювання досить складні і різноманітні. Це
розчинення, окислення, гідратація, гідроліз, каолінізація, карбонізація,
серпентинизація, бокситизація.
Одним з основних чинників хімічного вивітрювання
є вода. Вона розчиняє мінерали, зволожує продукти їх розкладу, входить до
складу мінералів. Наявність у воді вуглекислого газу посилює
гідроліз.
Суть цього процесу полягає в тому, що в кристалічних просторових гратах
мінералів іони лужних металів замінюються іонами водню дисоційованої води.
Дуже поширеним у природі є процес окислення,
коли кисень повітря проникає в товщу гірських порід і взаємодіє з ними.
Окислюються здебільшого породи, що містять сполуки оксиду заліза або інші
елементи, здатні окислюватися. Внаслідок окислення змінюється будова, колір
породи, утворюються вторинні мінерали.
Гідратація - це хімічне приєднання до мінералів
води. Сполуки, що утворюються в процесі гідратації, називаються гідратами.
Каолінізація - складний процес хімічного
вивітрювання, суть якого полягає в дії води і вуглекислоти, внаслідок чого
утворюються глинисті мінерали. Наприклад, з польових шпатів утворюється
каолініт.
Карбонізація - це процес зміни гірської породи,
у результаті якого утворюються карбонати кальцію, магнію, заліза та ін.
Серпентинизація - процес перетворення
магнезіально-залізистих мінералів на серпентин.
Бокситизація полягає в тому, що в умовах
вологого і теплого клімату алюмосилікатні гірські породи вилуговуються
природними водами, багатими на органічні кислоти .Так утворюється мінерал
боксит.
Продукти хімічного вивітрювання не залишаються
без змін. Вони взаємодіють між собою і утворюють досить складні сполуки,
виникають нові вторинні мінерали - алюмосилікати і феросилікати або глинисті
мінерали. Таким шляхом утворюються хімічні осадові гірські породи, до яких
належать вапняки, гіпси, доломіти, соляні поклади та ін.
Біологічне вивітрювання - це фізичні і хімічні
зміни мінералів і гірських порід під впливом рослинних і тваринних організмів.
Коріння рослин (досягає 10-20 м) механічно розпушує породу, залишаючи після
себе кореневі ходи, якими в грунт надходить вода з розчиненими в ній
вуглекислим газом і киснем. З ростом коріння зростає напруженість рослини,
розширюються тріщини навіть у скелях. Досліди свідчать, що корінь діаметром 10
см і довжиною 100см може зрушити брилу породи масою 30-50 т. Це сприяє
фізичному вивітрюванні гірських порід.
У процесі життєдіяльності коріння рослин зі
своїх клітин виділяє вуглекислий газ і органічні кислоти, що руйнують мінерали.
Відбувається повний розпад мінералу, його біохімічне вивітрювання. Значну роль
у вивітрюванні відіграють водорості, лишайники, мохи та мікроорганізми.
Бактерії, гриби і водорості руйнують мінерал в 20 разів швидше, ніж фізичні
чинники. Так, деякі бактерії в процесі життєдіяльності виділяють азотну
кислоту, яка руйнує порівняно стійкі гірські породи. Польові шпати під впливом
мікроорганізмів, зокрема діатомових водоростей, перетворюються на глину. Таким
шляхом утворюються органогенні осадові породи, різноманітні за складом і
походженням:
зоогенні (вапняки - черепашники, крейда);
органогенні (торф, вугілля, діатоміти);
сапропелеві (мули, сапропелі, асфальт, бітум).
Часто пухка вторинна порода переноситься за
допомогою води, вітру, льоду на далекі відстані. Під час транспортування
осадові породи сортуються за розмірами і масою часток, певною мірою змінюється
їх хімічний склад. З осадових порід складається верхня частина літосфери, отже
вони знаходяться в зоні інженерної діяльності людини і найчастіше
використовуються як основа, середовище та матеріал для будівництва.
2.2 Особливості
осадових порід
Осадові породи значного мірою відрізняються від
інших гірських порід за рядом ознак: це шаруватість залягання, пористість,
характерний мінеральний та хімічний склад, залежність складу і властивостей від
кліматичних умов, вміст органічних залишків.
Шаруватість - це властивість утворювати
своєрідну макротекстуру - специфічну форму залягання осадових гірських порід.
Віділяють такі форми:
шари (пласти, верстви) - однакові за складом,
кольором та розміром часток значної потужності (найкоротша відстань між
покрівлею і підошвою) та протяжності з чітко вираженими площинами нашарування -
покрівлею і підошвою; це поверхні що відокремлюють його від молодого і давнього
шарів;
прошарки - шари невеликої потужності і протяжності;
пропластки - шари невеликої потужності, але
значної протяжності; .
лінзи - це поклади значної потужності, але
незначної протяжності.
Декілька шарів невеликої потужності складають
пачку. Група шарів різної потужності, що мають спільний склад та вік,
називається товщею.
У більшості випадків осадові гірські породи
морського походження мають горизонтальне залягання шарів. Континентальні
накопичення характеризує велика кількість лінз, виклинювання шарів, похиле
залягання, фаціальне заміщення. Під впливом повітряних або водяних течій
утворюються асиметричні знаки брижів. Останні зазвичай перекриті іншими
накопиченнями („поховані”)
Шаруватість виникла внаслідок зміни умов
утворення (періодична зміна складу матеріалу, перерва в накопиченні і т. ін.).
Пористість - це наявність великого об’єму пор у
складі породи. Ця властивість характерна для більшості осадових порід, за
виключенням хімічних осадів. Пори бувають дрібні, середні, великі та каверни.
Загальна величина пористості мулу досягає 70¼80%, глини,
суглинку - 40¼60%, лесів - 48¼52%,
пісків
- 35¼40%;
пісковиків - 10¼15%. Пористість
- це відношення об’єму пор Vп
до об’єму всієї породи V,
тобто
=Vп
/ V
Частіше користуються коефіцієнтом пористості,
який показує відношення об’єму пор до об’єму твердих часток Vч
в породі:
=Vп
/ Vч
За мінеральним і хімічним складом осадові породи
також відрізняються від магматичних і метаморфічних. Крім первинних мінералів
(кварцу, слюди) до складу осадових порід входить значна кількість вторинних
мінералів (каолініт, гіпс, кальцит). У багатьох випадках вторинні мінерали
відіграють головну роль (в глинах, наприклад). Загалом склад осадових порід
значно бідніший, ніж магматичних, але вивчати його важче, тому що в них крім
кристалічних, зустрічаються аморфні мінерали, а також, пилуваті, глинисті і
колоїдні частки. За хімічним складом значну частину осадових порід складають
карбонати, сульфати, зустрічаються також силікати, оксиди, галоїди, фосфати.
Кліматичні умови утворення порід накладають
відбиток на їх властивості. Так, у пустелях відклади уламкових порід мають
яскраве забарвлення; відклади хімічних осадів у холодних морських басейнах
світло-сірого кольору. Присутність вапняків-черепашників у прохолодних зонах
свідчить про те, що колись там був теплий клімат, оскільки тільки в теплих
морях проживають організми, що поглинають із води вуглекислий калій, з якого
будують свої скелети. Хімічні осади утворюються лише в умовах сухого клімату, а
уламкові - континентального.
Характерною властивістю осадових порід є також
наявність у їх складі органічних речовин - залишків флори і фауни у вигляді
скам’янілостей та відбитків.
2.3 Структура і
текстура
Структура осадових порід досить різноманітна.
Серед уламкових порід за розмірами уламків або часток виділяють такі види
структури:
грубоуламкова (псефітова), коли в складі породи
переважають уламки або частки Æ> 2 мм;
піщана (псамітова) - Æ
0.05¼2мм;
пилувата (алевритова) - Æ
0.05¼0,005мм;
глиниста (пелітова) - Æ
< 0.005мм;
За формою зерен структури розділяють на кутасту,
круглясту і напівкруглясту.
Серед піщаних порід виділяють гравелисту, крупно
-, середньо-та дрібнозернисту структури.
Структура хімічних і біохімічних порід буває
рівномірнозерниста, різнозерниста, листкувата, волокниста, голчаста, та ін.
Досить різноманітною буває також і текстура
осадових порід: безладна брекчієподібна (брекчія, конгломерат), листкувата,
черепитчаста, зоогенна (вапняк - черепашник), фітогенна (торф), смугаста. За
щільністю виділяють щільну (хімічні осади) та пористу (переважна більшість
порід) текстури.
2.4 Класифікація
уламкових порід
В основу класифікації приймають розмір уламків і
їх форму .Виділяють грубоуламкові, піщані, пилуваті та глинисті уламкові
осадові породи.
Грубоуламкові породи.
До складу цієї групи входять кутасті (брили,
щебінь, жорства) та круглясті (валуни, галька, гравій) уламки різних гірських
порід. Розмір уламків перевищує 2 мм.
Ці пухкі сипкі поклади залягають шарами, найбільша кількість їх припадає на
гірські, прибережні райони, річкові долини, райони льодовикових відкладів.
Грубоуламкові породи широко застосовують у будівельному виробництві.
Піщані породи.
Піщані породи створюють здебільшого сипкі
накопичення, що складаються з часток розміром від 2 до 0,05 мм у кількості не
менш як 50%. Переважають стійкі до вивітрювання мінерали - це кварц, польові
шпати, слюди та ін. Інколи зустрічаються мономінеральні породи, наприклад
кварцові піски. Шкідливими домішками у пісках є оксиди заліза, гіпс, глинисті
мінерали і слюди. Колір піщаних порід різноманітний, частіше білий, сірий,
бурий. Середня щільність 1,80 г/см3, питома вага 2,64 г/см3.
За розміром зерен піски поділяються на
грубозернисті (2…0,5мм), середньозернисті (0,5…0,25мм), дрібнозернисті
(0,25…0.1мм), пилуваті (0,1…0.05мм).
За походженням піски бувають річкові, вітрові,
озерні, морські. Піски розповсюджені скрізь, мають велике практичне значення,
використовуються як будівельний матеріал, а також у різних галузях
промисловості.
Пилуваті і глинисті породи.
Глинисті породи складають більше як 50%
загального об’єму осадових порід. Вони часто використовуються як основа для
фундаментів, мають складні деформативні властивості.
Представниками пилуватих порід є широко
розповсюджені в Україні (біля 70% території) лесові породи. Серед лесових порід
найчастіше зустрічаються типові леси, як первинна порода, та лесові суглинки,
як вторинна.
Лес - це пилувата порода, що містить до 70%
часток розміром 0.05…0.005 мм, палевого кольору, має високу (до 50…52 %)
пористість (макропористий). Частки лесу - це кварц, польові шпати, слюди, в
невеликій кількості каолініт, рідше монтморилоніт. В значній кількості (до25 %)
містяться кальцит і гіпс. Питома вага лесу 2,5…2,66 г/см3, щільність - 1,2…1,5
г/см3. Дещо меншу пористість та вищу щільність (до 1,8 г/см3) мають лесові
суглинки делювіального походження. Власне леси утворилися внаслідок перенесення
вітром пилових часток в умовах сухого клімату.
Внаслідок широкого розповсюдження лесових порід
вони досить часто є основою будівель і споруд. Але будівельні властивості їх
досить складні - при замочуванні водою леси здатні до просадковості тобто,
додаткових деформацій внаслідок руйнування структури при дії навантаження від
споруди чи від власної ваги.
Якщо у складі глинистої породи міститься більш
як 30% глинистих часток (розміром менше 0,005 мм), то вона називаються глиною.
До складу глин входять такі породотворні глинисті мінерали як каолініт,
монтморилоніт, гідрослюди. Забарвлення у глини різноманітне: сіре, темно-сіре,
буре, червонувате, зеленкувате, біле, пістряве (залежно від домішок оксидів
заліза, органічних речовин та ін.). У сухому стані глини тверді, міцні і
щільні, у вологому - пластичні і навіть - текучі. Монтморилонітові глини при
зволоженні збільшуються у своєму об’ємі (набрякають). Щільність глини 1,8…2,1
г/см3.
Глини поділяються на пісні (з невисоким вмістом
глинистих часток) та масні (з високим їх вмістом), на осадові (утворюються
шляхом осідання глинистих часток у воді) та залишкові(утворюються шляхом
хімічного вивітрювання ортоклазу і залишаються на місці утворення, наприклад
каоліни). Глини використовуються для вироблення цегли, кераміки, в’яжучих, фарб
і вогнетривів. Шкідливими домішками у морських глинах є гіпс та пірит.
Зцементовані породи.
Пухкі уламкові породи у природних умовах можуть
не тільки ущільнюватися, але й зцементовуватися за рахунок природних
цементуючих речовин, котрі випадають із циркулюючих підземних розчинів. Такі
речовини за своїм складом можуть бути глинистими, карбонатними, залізистими,
кремнеземистими. Найміцнішим є кремнеземистий цемент, найслабкішим - глинистий.
До зцементованих порід належать конгломерати,
брекчії, піщаники, алевроліти та аргіліти.
Конгломерат і брекчія - складаються із зцементованої
гальки та щебеню відповідно. Щільність їх 1,5…2,9 г/см3, міцність від 50 до
1600 кг/см2. Значне коливання міцності пов’язане зі складом уламків, типом
цементуючої речовини та ін. Використовуються як будівельний, облицювальний
матеріал, при виготовленні цементів.
Піщаники (пісковики) утворюються шляхом
цементування пісків. Найміцніші піщаники з кремнеземистим цементом. Забарвлення
різноманітне: сіре, буре, біле та ін. Щільність 1,8…2,5 г/см3, міцність від 50
до 2000 кг/см2. Будівельні властивості піщаників погіршуються, якщо в них
зустрічаються домішки піриту, лимоніту, глини. Кремнеземисті піщаники
використовуються при виготовленні вогнетривів, як стіновий, кислотостійкий
матеріал і т. ін.
Аргіліти - темні, каменеподібні глини, що не
розмокають у воді. В них глиниста речовина частково перейшла в хлорит, мусковіт
та інші мінерали. Використовуються як неміцний будівельний матеріал.
Пірокластичні породи
Ці породи утворюються із твердих вулканічних
продуктів (вулканічного попелу, піску і т. ін.), які, випадаючи на земну
поверхню, утворюють накопичення з прикметами як магматичних, так і осадових
порід. До пірокластичних порід належать вулканічні туфи та вулканічний попіл.
Вулканічний попіл це пухке, слабко зцементоване
накопичення твердих вулканічних часток (пил, пісок та ін.). У його складі
переважає вулканічне скло, присутні також деякі мінерали, уламки гірських
порід.
Вулканічний туф складається з дрібних уламків
ефузивних порід і магматичних мінералів, що зцементовані попелом. Колір білий,
сірий, рожевий. Щільність 0,7…1,4 г/см3, пористість досягає 70%, міцність
80…100 кг/см2 і більше. Туфи широко використовують як стіновий та облицювальний
матеріал.
2.5 Хімічні та змішані
породи
Хімічні породи утворюються при випадінні із
розчинів хімічних осадів. Це відбувається у водах морів, континентальних
басейнів з перенасиченими розчинами, соляних джерел та ін. До хімічних порід
належать такі групи:
карбонатні (вапняки, вапнякові туфи, доломіти);
сульфатні (гіпси, ангідрити);
галогенові (кам’яна сіль);
фосфатні (фосфорит, апатит);
силікатні (кремнистий туф).
Вапняки являють собою найпоширеніші осадові
породи. До їх складу входить мінерал кальцит і частково доломіт; присутні також
кварц, пірит, глинисті мінерали. Колір різноманітний - сірий, білий, жовтуватий
та ін.
За структурою бувають землисті, щільні,
мармуроподібні, а також черепашники. В основі класифікації вапняків лежить їх
походження: органогенні (біохімічні), хімічні, уламкові та змішані.
Хімічні вапняки виникають шляхом випадіння
карбонатів з водяних розчинів. Типовими представниками є вапняковий туф,
масивні та оолітові вапняки.
Вапнякові туфи - це пористі відклади, які
утворюються в місцях виходів підземних вод. У сухому стані мають міцність до
800 кг/см2.
Оолітові вапняки складаються з дрібних круглястих
зерен кальциту, зцементованих кальцитовим цементом: утворюються в морях,
залягають шарами. Міцність низька - 160…200 кг/см2.
Найміцнішими є щільні, масивні, інколи
мармуроподібні вапняки, що утворюються за рахунок випадання із перенасичених
розчинів та зазнають ущільнення під дією маси накопичених пізніше порід.
Уламкові вапняки складаються з уламків
вапнякового матеріалу, зцементованого зернистим кальцитом. Це перевідкладені
породи.
Змішані вапняки мають досить поширене
розповсюдження. За складом це матеріал органогенного, хімічного та уламкового
походження. Найхарактернішим представником є мергель.Мергель має світлий колір,
складається з карбонатних та глинистих мінералів із різноманітними домішками.
Структура тонкозерниста. Мергель має морське походження і залягає товщами. В
атмосферних умовах швидко вивітрюється, розтріскується і руйнується.
Властивості мергелю залежать від вмісту глинистих домішок. Щільність 1,9…2,5
г/см3, міцність щільних різновидів досягає 600 кг/см2.
Вапняки мають широке практичне використання як
стіновий та облицювальний матеріал, сировина для одержання вапна, цементу та
ін.
Доломіти складаються з однойменного мінералу
доломіту з домішками кальциту, гіпсу, кварцу та ін. Колір сірий, білий,
червонуватий. Структура зерниста, щільна. Щільність 2,7…2,9 г/см3, міцність
1000…1400 г/см2. Найміцнішими є кремнисті різновиди доломітів. Їх
використовують як будівельний камінь, для одержання вогнетривів, у
металургійній промисловості.
Гіпс складається із однойменного мінералу з
домішками ангідриту, глинистих та інших мінералів. Колір білий, сірий,
зеленкувато-сірий, червонуватий. Структура грубозерниста, волокниста. Щільність
2,2 г/см3, міцність менш ніж 200 кг/см2.
Ангідрит являє собою щільну зернисту породу
білого, сірого, блакитнувато-сірого кольору. Щільність 2,8…2,9 г/см3, міцність
600…800 кг/см2. Залягає разом з гіпсом, переважно у нижній частині товщі
хімічного походження .Під впливом води ангідрит переходить в гіпс; процес
супроводжується збільшенням об’єму до 33%.
Кам’яна сіль складається з мінералу галіту,
утворюється в мілководних лагунах шляхом осідання із перенасичених розчинів.
Залягає у вигляді шарів та покладів великого розміру.
2.6 Органогенні
(біохімічні) породи
Утворюються породи внаслідок накопичення і
перетворення залишків тваринного світу (зоогенні) і рослин (фітогенні). До
зоогенних відносять вапняк-черепашник, крейду та інші, до фітогенних - трепел,
опоку, діатоміт, торф, яшми; до цієї групи належить також кам’яне вугілля,
нафта, асфальт та інші.
Органогенні породи відрізняються високою
пористістю, більшість з них розчиняється у воді, мають високу стисливість,
наприклад, торф.
Органогенні вапняки утворюються за рахунок
накопичення вапняних залишків організмів. Поширені вапняки-черепашники, що
мають високу пористість. Щільність їх коливається від 1,2 до 3,1 г/см3.
Різновидом органогенних вапняків є крейда, вона
складається з залишків черепашок та скелетів дрібних морських організмів.
Діатоміт - слабкозцементована, дуже пориста
порода білого, світло-сірого кольору, утворилася із скелетів морських і озерних
водоростей (діатомей). Складається з опалу, завжди містить домішки глинистого
матеріалу. Загальний вміст кремнезему досягає 80…95%.
Трепел схожий на діатоміт, але відрізняється
невеликим вмістом незмінених органічних залишків. Легка, землиста порода.
Складається з опалу з домішками глинистих часток. Колір білий, світло
-
сірий,
бурий, чорний. Щільність 0,25…1,0 г/см3.
Діатоміти і трепели залягають шарами. Мають
вогнетривкі, кислотостійкі, звуко-, та теплоізоляційні властивості, служать
сировиною для виробництва цементу, цегли.
Опока - тверда пориста порода, містить до 10%
кремнистих залишків водоростей та морських організмів, а також глинистий
матеріал, кварц. Колір жовтий, темно-сірий, чорний. Легка, крихка порода. Зовні
схожа з мергелем, залягає шарами.
Торф - утворився під водою без доступу повітря
із рослинних залишків, які розклалися і обвуглились не повністю. Рослинні
залишки ще виразно розрізняються, змішані з піском і глиною. Торф має високу
вологість, високу пористість та стисливість під навантаженням. Колір чорний,
чорно-бурий. Щільність 0,6…1,1 г/см3. Залягає шарами, лінзами. В сухому стані
може горіти.
3. Метаморфічні гірські
породи
Метаморфічні породи виникають із магматичних та
осадових внаслідок глибинних змін та перетворень, шляхом метаморфізму. Це
глибинний процес, він відбувається за рахунок внутрішньої енергії Землі. При
метаморфізмі породи зазнають значних текстурних та структурних видозмін
внаслідок одночасного впливу високого тиску, високої температури та хімічно
активних речовин, що виділяються в надрах Землі із магматичних осередків;
породи у розплавлений стан не переходять. Ступінь метаморфізму залежить від
величини тиску і температури. Чим більша дія цих чинників, тим значніші зміни
відбуваються в материнській породі, вищий ступінь метаморфізму. В залежності
від переваги того або іншого чинника метаморфізму визначають такі його типи:
контактовий, динамометаморфізм, регіональний.
Контактовий метаморфізм спостерігається в місцях
контакту магми з гірськими породами, в які вона проникла. Зміни в породах
відбуваються під впливом високої теплової дії розплавленої магми (t
> 1000°С), а також під дією газів (пневматолітовий підтип) та водяної пари і
термальних розчинів (гідротермальний), що виділяються з магми. Супроводжується
цей тип метаморфізму перекристалізацією, зміною мінерального та хімічного
складу порід. Так утворюються мармури, кварцити.
Динамометаморфізм зумовлений високим однобічним
тиском, якого зазнають породи під дією тектонічних рухів. Видозміни проходять
при порівняно низьких температурах і полягають в інтенсивному подрібненні
мінеральних зерен без перекристалізації. Значних змін зазнають структури і
текстури порід. Утворюються тектонічні брекчії, глинисті сланці та милоніти.
Регіональний метаморфізм - охоплює великі площі
у рухливих зонах земної кори (геосинкліналях); перетворення відбуваються під
впливом високої температури і високого тиску. Породи зазнають
перекристалізації, стають сланцюватими, в них виникають нові мінерали,
змінюється структура і текстура.
Глибинну товщу, в якій протікає цей процес,
називають поясом метаморфізму. Цей пояс за глибинами та інтенсивністю прояву
факторів метаморфізму поділяється на три зони: верхню, середню та нижню.
Верхня зона є початковою стадією метаморфізму, в
якій відбувається перетворення під впливом тиску від маси верхніх горизонтів.
Частково змінюється мінеральний склад, але початковий вигляд найчастіше ще
зберігається. Наприклад, кварцитоподібний піщаник, у якого перекристалізований
кремнистий цемент, але ще вирізняються уламкові зерна кварцу. У верхній зоні
виникають також глинисті сланці, типу філітів, яким властивий нижчий ступінь
метаморфізму.
Середня зона характеризується високим
гідростатичним тиском, високою температурою, сильним однобічним тиском, що
виникає внаслідок перерозподілу речовини в надрах літосфери. У цій зоні
утворюються кристалічні вапняки, сланці, кварцити і мармури.
Нижня зона залягає найглибше, відрізняється
високою температурою, високим гідростатичним і порівняно низьким однобічним
тиском. Так, гнейси (ортогнейси), що утворюються з гранітів, подібні до них за
мінеральним складом структурою і міцністю.
3.1 Особливості
метаморфічних порід
Метаморфічні гірські породи відрізняються від
магматичних і осадових за кількома характерними особливостями: структурою,
текстурою, мінеральним складом.
Суттєвих змін при метаморфізмі зазнають первинні
структури і текстури гірських порід.
Структура метаморфічних порід виникає внаслідок
вторинної перекристалізації речовини у твердому стані, тому всі метаморфічні
породи мають кристалічну структуру. При слабкій дії метаморфізму структура може
бути потайкристалічною або перехідною з окремими ділянками кристалічної будови.
За розміром кристалів структура буває: крупнозерниста (з кристалами розміром більше
5 мм); середньозерниста - (від 1 до 5 мм); дрібнозерниста - (менше 1 мм).
Оскільки ріст кристалів при вторинній перекристалізації у твердому стані
утруднений, в більшості випадків метаморфічні породи бувають
рівномірнозернистими.
За формою зерен (кристалів) структура буває
листкувата, лускувата, голчаста, таблитчаста. Кристали витягнуті в одному
напрямку, розплющені внаслідок дії високого тиску.
Текстура порід в умовах метаморфізму змінюється
у першу чергу. Під дією високого тиску породи ущільнюються, а кристали
подовженої форми виявляються зорієнтованими в одному напрямку. Всі метаморфічні
породи мають щільну текстуру. За розміщенням окремих структурних елементів
найбільш характерними текстурами метаморфічних порід є такі:
гнейсова - характеризується орієнтованими
кристалами таблитчастої форми;
смугаста - чергуються смуги мінералів різного
кольору;
волокниста - порода складена мінералами
волокнистої та голчастої форми;
сланцювата - відзначається орієнтованим
розміщенням таблитчастих та лускуватих мінералів, а порода має властивість
розщеплюватися на окремі, інколи дуже тонкі пластини або плитки, оскільки має
низьку міцність вздовж сланцюватості;
плойчаста (складчаста) - порода має вигляд
дрібних складок;
масивна, подібна до текстури вивержених порід.
Стійкими в умовах метаморфізму виявляються
далеко не всі мінерали, деякі з них руйнуються. Серед мінералів ендогенного
походження стійкими є кварц, плагіоклази, слюди, рогова обманка, авгіт; серед
екзогенних мінералів - кальцит. Мінерали, що утворилися метаморфічним шляхом -
це гранат, графіт, тальк, серіцит, серпентин, хлорит та ін.
3.2 Класифікація і
характеристика метаморфічних порід
Метаморфічні породи за структурно-текстурними
ознаками і мінеральним складом поділяють на масивні (зернисті), до яких відносять
мармур і кварцит та сланцюваті, представниками яких є гнейси і сланці різного
мінерального складу.
Гнейси, що утворюються на вищій стадії
метаморфізму осадових порід мають назву парагнейсів. Виникають із
піщано-глинистих порід. Структура повнокристалічна, текстура щільна, слабко
сланцювата, смугаста; мінеральний склад: плагіоклази, кварц, слюди, авгіт,
рогова обманка. Колір темно-сірий, пістрявий.
Гнейси використовуються як будівельний, оздоблювальний
матеріал.
Глинисті сланці виникають на початковій стадії
метаморфізму глинистих порід, для них характерна добре виражена сланцюватість.
Колір зелений, бурий, сірий до чорного. У воді не розм’якають. Міцні тонкі
пластини використовуються як покрівельний матеріал.
Філіт - тонкосланцювата порода сірого, зеленого,
червонуватого і чорного кольору. Складаються із тонкозернистого кварцу та
слюди, часто з великою кількістю глинистого матеріалу. На поверхні
сланцюватості спостерігаються блискучі лусочки хлориту і серициту, що мають
шовковистий блиск. Тонкі, рівні, щільні пластини, на які розколюється філіти,
використовуються як покрівельний матеріал.
Слюдяні сланці виникають при регіональному
метаморфізмі. Часто це світлокольорові блискучі породи. Складаються переважно
із слюди (біотит та мусковіт), кварцу і хлориту. В тих випадках, коли вміст
кварцу та слюди в породі приблизно рівний, вони називаються
слюдяно-кварцитовими сланцями. Інколи використовуються як покрівельний
матеріал, а також для одержання термо - та електроізоляційних плиток.
Хлоритові сланці - зеленкуватого кольору породи,
що складаються переважно із хлориту з невеликою кількістю кварцу та інших
другорядних мінералів. Легко дряпаються ножем. Виникають при регіональному
метаморфізмі основних вивержених (магматичних) гірських порід. Текстура
сланцювата, волокниста. Породи неміцні, з низькими фізико-механічними
властивостями, легко вивітрюються. Часто містять тальк і тоді носять назву
талько-хлоритових. Як будівельний матеріал майже не використовуються.
Талькові сланці мають зеленкувате та сірувате
забарвлення, жирні на дотик. Текстура сланцювата. Складаються із тальку з
домішками кварцу та хлориту. Утворюються при метаморфізмі ультраосновних порід.
Використовуються для одержання талькового матеріалу, як магнезіальний та
вогнетривкий матеріал, в паперовій та гумовій промисловості,
Серпентини (змійовики) - зеленкувато-сірі,
світло-зелені, жовто-зелені, бурувато-зелені за кольором. Сланцюватість ледве
помітна. Складаються з серпентину, зустрічаються прожилки білого блискучого
азбесту, Утворюються в процесі метаморфізму основних та ультраосновних
магматичних порід.
Амфіболіти - зеленого та темно-зеленого кольору,
інколи майже чорні. Складаються із рогової обманки та деякої кількості
плагіоклазів. Сланцюватість рідко буває ясно вираженою. Зустрічаються
амфіболіти з масивною текстурою. Виникають при регіональному метаморфізмі
основних та ультраосновних вивержених, а інколи і осадових порід.
Роговообманкові (без польових шпатів) амфіболіти
мають чітко виражену сланцюватість. Щільні різновиди амфіболітів
використовуються як бутове каміння і щебінь.
Мармури мають різноманітне забарвлення, частіше
світле: біле, рожеве, блакитне, сіре, червонувате, пістряве. Колір залежить від
наявності домішок. Складаються, головним чином, з кальциту, а тому реагують із
соляною кислотою. Структура мармурів кристалічна, текстура - масивна.
Утворюються при регіональному та контактовому метаморфізмі внаслідок
перекристалізації вапняків і доломітів. Мармури легко обробляються, добре
поліруються. Використовуються у цементній промисловості, як облицювальний
матеріал, для утворення орнаменту, спорудження пам’ятників, для одержання
декоративного бетону, кольорової штукатурки, а також як будівельний камінь,
щебінь.
Кварцити - це щільна кристалічна порода з
масивною, а інколи смугасто-сланцюватого текстурою. Сланцюваті різновиди
називаються кварцитовими сланцями. Колір різноманітний: жовтуватий, рожевий,
червонуватий, сірий. Складаються із кварцу з домішками слюди, хлориту та інших
мінералів. Виникають в процесі різних типів метаморфізму (регіонального,
контактового), пісків та кварцових піщаників. Мають високу твердість і
щільність, кислото - та лугостійкі, але крихкі і важко обробляються.
Використовуються як будівельний, облицювальний матеріал, абразив, при
виробництві вогнетривів і щебеню.
Графітові сланці мають чорний колір. Складаються
з мінералу графіту. М’які, на папері залишають чорну риску, бруднять руки.
Текстура тонко сланцювата і лускувата. Утворюються при регіональному та контактовому
метаморфізмі із кам’яного вугілля, торфу, бітумінозних порід, асфальту та
гумусу. Використовуються в електропромисловості, як термостійке мастило, для
виготовлення плавильних тиглів, в лакофарбовій та атомній промисловості.
Висновок
Класифікувалися гірські породи по
генезису тому, що спочатку придумувалася схема походження нашої планети або її
глибинної будови, а потім до неї підбиралися типи гірських порід, що ілюструють
цю схему. Такий спосіб мислення від загального до приватного називається дедуктивним.
Але чи можна говорити спочатку про походження земної кулі або його будову, а
потім називати те, що його складає? На підставі чого тоді мовиться про
походження і будову? Спочатку дедуктивне мислення в природознавстві не
застосовне, таке мислення в геології не є науковим.
Мета природних наук, до яких
відноситься і геологія, в пізнанні законів будови і функціонування природних
об'єктів. Це здійснюється шляхом підсумовування загальних властивостей
одиничних об'єктів або явищ. Це індуктивний спосіб мислення, від приватного до
загального (закону), не від уявлення до ілюстрації, як при дедукції, а від
понять (порівняння властивостей або ознак об'єктів) до закону. Логічне
(наукове) мислення в природознавстві зобов'язує думати поняттями. Мислення
уявленнями (вигадкою) дає нісенітницю. Приведений приклад появи терміну “магма”
- яскраве свідоцтво нісенітниці в геології.
Індуктивний метод пізнання
геологічного світу використаний в даній допомозі. Виклад геологічних переконань
починається не з констатації готової істини (наприклад, оскільки в глибинній
будові земної кулі виділяються ..., то ...), а з характеристики і аналізу
геологічних об'єктів, існування яких неспростовно самим фактом їх
безпосереднього спостереження (присутність).
Список використаної літератури
1. Геоморфологія. Посібник / За ред. Костенко
Н.П. - М., 1999.
. Основи геології та геоморфології. - М., 1994.
. Словник-довідник з геоморфології. - М., 2000.
4.
До
самостійної роботи студентів з дисципліни „Інженерна геологія” за
спеціальностями 6.092100; 6092600 (ч. 1. Основи загальної геології)