УП горные породы
реклама
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра строительного производства, оснований и фундаментов Игашева С.П., Соседков Э.С. ГЕОЛОГИЯ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ к практическим и лабораторным работам по теме «Горные породы, как грунты и их свойства» для студентов, обучающихся по направлению «Строительство» очной, заочной и заочной в сокращённые сроки форм обучения Тюмень, 2014 УДК ББК Игашева С.П., Геология: учебное пособие к лабораторным и практическим работам для студентов, обучающихся по направлению «Строительство» очной, заочной и заочной в сокращённые сроки форм обучения - перераб. и доп. /С.П. Игашева, Э.С. Соседков – Тюмень: РИО ФГБОУ ВПО «ТюмГАСУ», 2014. – 72 с. Учебное пособие разработано на основании рабочих программ ФГБОУ ВПО «ТюмГАСУ» для студентов, обучающихся по направлению «Строительство» очной, заочной и заочной в сокращённые сроки форм обучения. Учебное пособие содержит теоретический материал по теме «Горные породы, как грунты, и их свойства», методические указания к практической работе «Описание свойств горных пород» и к двум лабораторным работам: «Макроскопическое определение свойств горных пород» и «Изучение горных пород по образцам учебной коллекции», контрольные вопросы. Данные работы способствуют формированию профессиональных компетенций (ПК-2 способность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлечения для их решения соответствующего физико-математического аппарата; ПК-6 способность работать с информацией в глобальных компьютерных сетях; ПК-9 знание нормативной базы в области инженерных изысканий, принципов проектирования зданий, сооружений, инженерных систем и оборудования, планировки и застройки населённых мест; ПК-10 владение методами проведения инженерных изысканий, технологией проектирования деталей и конструкций в соответствии с техническим заданием с использованием лицензионных прикладных расчётных и графических программных пакетов) у студентов, обучающихся по направлению «Строительство». Рецензент: Е.М.Максимов Рецензент: В.Д. Старков Рецензент: Ю.В.Кравцов Тираж 300 экз. ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет» Игашева С.П., Соседков Э.С. Редакционно-издательский отдел ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурностроительный университет» 2 Содержание Введение………………………………………………………………...................... 1 ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА «Описание свойств горных пород» 1.1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Основы петрографии.………………… 1.1.1 Генезис горных пород………………………………………..................... 1.1.2 Состав и строение горных пород……………………................................ 1.1.3 Водные и химические свойства……………………………...................... 1.1.4 Физические свойства……………………………..…..…………………... 1.1.5 Прочностные и деформационные свойства............................................... 1.1.6 Месторождения полезных ископаемых…………………………………. 1.1.7 Применение горных пород……………………………………………….. 1.1.8 Основные сведения об отдельных классах горных пород Магматические горные породы……………….......................................... Осадочные горные породы…………………………................................. Метаморфические горные породы………………………………………. 1.1.9 Взаимосвязь классов горных пород…………………………………….. 1.1.10 Контрольные вопросы…………………………………………….......... 1.2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Описание свойств горных пород…… 1.2.1 Задание……………………………………………………………………. 1.2.2 Пример оформления практической работы…………………………….. 1.2.3 Характеристика горных пород, как грунтов......………………............... МАГМАТИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ Ультракислые: пегматúт....................................................................................................... Кислые: гранúт……………………………………………………………............... липарúт и липарúтовый порфúр………………………............................ обсидиáн…………………………………………………………............... пéмза............................................................................................................. Средние: диорúт……………………………………………………………............... андезúт и андезúтовый порфирúт.............................................................. сиенúт………………………………………………………………........... трахúт……………………………………………………………............... Основные: гáббро………………………………………………………………........... базáльт и базáльтовый порфирúт…………………………………........... диабáз……………………………………………………………............... Ультраосновные: перидотúт…………………………………………………………………. 3 6 7 7 8 9 9 10 11 11 13 20 28 33 34 35 35 36 37 37 37 38 39 39 40 40 41 41 42 42 43 43 пироксенúт……………………………………………………………….. 44 дунúт……………………………………………………........................... 44 ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ Обломочные: щéбень и дресвá………………………………………………………….. брéкчия…………………………………………………………………… гáлечник и гравий…………………………………………………........... конгломерáт……………………………………........................................ песок……………………………………………………………………… песчáник………………………………………………………………….. лёсс………………………………………………………………….......... алевролúт………………………………………......................................... туф вулканический……………………………………………................. Глинистые: глина каолинúтовая……………………………........................................ глина монтмориллонúтовая……………………………………………... сýглúнок………………………………………………………………….. сýпесь…………………………………………………………………….. аргиллúт………………………………………………………………….. Хемогенные: каменная соль............................................................................................. гипс.............................................................................................................. ангидрúт...................................................................................................... известняк…………………………………………………......................... доломúт....................................................................................................... Органогенные: ракушечник (известняк раковúстый)…………...................................... мел………………………………………………………………............... диатомúт…………………………….......................................................... трéпел………………………………………….......................................... слáнец горючий………………………………………….......................... Породы сложного генезиса: мéргель……………………………………………………………........... опóка………………………………………………………………........... МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ яшма............................................................................................................ мрáмор…………………………………………………………………… кварцúт…………………………………………………............................ серпентинúт................................................................................................. гнейс............................................................................................................. 4 45 45 46 46 46 47 48 48 49 49 50 50 51 51 51 52 52 52 53 53 54 54 55 56 56 57 57 58 58 59 59 филлúт…………………………................................................................ слюдяные сланцы...................................................................................... тáльковые сланцы...................................................................................... зелёные сланцы......................................................................................... 60 60 60 61 2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 «Макроскопическое определение свойств горных пород» 2.1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Методы определения свойств горных пород............................................................................................................. 62 2.2 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ «Определение свойств горных пород по образцам учебной коллекции……………………………………… 64 3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 «Изучение горных пород по образцам учебной коллекции». 3.1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Исследование образцов учебной коллекции...................................................................................................... 65 3.2 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Ключ к определению основных типов горных пород……………………………………………………………….. 65 Контрольные вопросы…………………................................................................... 69 Библиографический список……………………………………..…………............ 70 5 Введение Настоящее учебное пособие содержит теоретический материал по теме «Горные породы, как грунты, и их свойства», методические указания к практической работе «Описание свойств горных пород» и к двум лабораторным работам: «Макроскопическое определение свойств горных пород» и «Изучение горных пород по образцам учебной коллекции», контрольные вопросы. Пособие разработано на основании рабочих программ ФГБОУ ВПО «ТюмГАСУ» для студентов, обучающихся по направлению «Строительство» очной, заочной и заочной в сокращённые сроки форм обучения. Данное пособие содержит объяснения основных петрографических терминов и описание наиболее распространённых горных пород, используемых в качестве грунтов, с их разделением по генетическим типам. Здесь нашли отражение свойства горных пород, принадлежащих классу природных скальных и классу природных дисперсных грунтов. Целью пособия является ознакомление в предельно краткой и максимально доступной форме с макроскопическими свойствами горных пород и их характеристика по образцам учебной коллекции. Настоящее учебное пособие ставит своей задачей восполнение пробела в информации по теме «Горные породы» в литературе для студентов-строителей; оказание практической помощи студентам при самостоятельном выполнении работ и их оформлении. Работы, предложенные авторами, способствуют формированию профессиональных компетенций (ПК-2 способность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлечения для их решения соответствующего физико-математического аппарата; ПК-6 способность работать с информацией в глобальных компьютерных сетях; ПК-9 знание нормативной базы в области инженерных изысканий, принципов проектирования зданий, сооружений, инженерных систем и оборудования, планировки и застройки населённых мест; ПК-10 владение методами проведения инженерных изысканий, технологией проектирования деталей и конструкций в соответствии с техническим заданием с использованием лицензионных прикладных расчётных и графических программных пакетов) у студентов, обучающихся по направлению «Строительство», и может быть использовано как во время аудиторных занятий, так и для самостоятельной работы. Важнейшим дополнением к данному пособию являются презентации «ГОРНЫЕ ПОРОДЫ», «МГП», «ОГП», «МетГП», «ГОРНЫЕ ПОРОДЫ учебная коллекция», которые подробно иллюстрируют текст настоящего пособия. 6 1 ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА Описание свойств горных пород 1.1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Основы петрографии Камень сейчас в руках человека не забава и роскошь, а прекрасный материал, которому мы сумели вернуть его место, материал, среди которого лучше и веселее жить. А. Е. Ферсман ПЕТРОГРÁФИЯ (от греч. «петрос» - камень и «графо» - пишу, описываю) – наука, изучающая состав, строение, свойства, условия образования и изменения горных пород. Как самостоятельная ветвь геологической науки она сформировалась во второй половине XIX века. Тогда был изобретен поляризационный микроскоп, позволяющий детально изучать строение и состав горных пород. Появилась возможность не только наблюдать и описывать свойства горных пород, но и анализировать полученную информацию, и делать прогнозы. Поэтому было предложено название, более соответствующее современному характеру этой науки – ПЕТРОЛОГИЯ. ГОРНАЯ ПОРОДА (г.п.) – это скопление зёрен минералов, более или менее постоянных в количественном и качественном отношении. Они образуются в результате естественных физико-химических процессов в земной коре и прилегающих к ней оболочках. В настоящее время известно около 1000 разновидностей горных пород. 1.1.1. Генéзис (происхождение) Генéзис горных пород является оснóвой для их классификации: магматические (МГП), образовавшиеся при застывании магмы в глубине земной коры или лавы на её поверхности; осадочные (ОГП), образовавшиеся на земной поверхности вследствие осаждения в воздушной или водной среде продуктов выветривания г.п.; метаморфические (МетГП) – появившиеся в результате преобразования (метаморфизма) уже существующих горных пород. В зависимости от условий и места образования каждом классе горных пород выделяют несколько групп. Все три класса неразрывно связаны между собой (рисунок 1): 7 Рисунок 1 Схема связи классов горных пород (полная схема – для зачёта, - на странице 33!) Каждая горная порода обладает целым рядом свойств, позволяющих отличить её от других, и оценить возможность использования в том или ином виде. 1.1.2 Состав и строение Состав и строение горных пород являются их важнейшими характеристиками: а) химический состав горных пород оценивается валовым химическим анализом, горные породы не имеют химических формул; б) минеральный состав горных пород разнообразен, но для каждой конкретной породы постоянен. Минералы, входящие в состав горных пород делят по количественному содержанию на: главные (породообразýющие), каждый из которых составляет не менее 10% от объёма породы и определяет её свойства; 8 второстепенные (акцессόрные) составляют не более 10% от объёма породы, не являются её неотъемлемой частью, но могут сильно влиять на свойства горной породы. В зависимости от количества породообразующих минералов горные породы делят на мономинеральные и полиминеральные. Один и тот же минерал может быть в одной породе главным, а в другой – второстепенным; Структура (от лат. structura - строение, порядок) – вторая важнейшая характеристика горных пород, отражающая их внутреннее строение. Она определяется размером и формой минеральных частиц, количественным соотношением слагающих породу элементов и характером их взаимодействия друг с другом. Структура отражает условия образования горной породы. Текстура (от лат. textura - ткань, строение, сплетение, сложение) - третья важнейшая характеристика горной породы, отражающая её внешний облик. Определяется взаимным расположением составных частей породы, характером и способом заполнения пространства. 1.1.3 Водные и химические свойства Водопроницаемость – способность горных пород пропускать через себя (фильтровать) воду может проявляться у всех горных пород в зависимости от их трещиноватости (МГП и МетГП) или пористости (ОГП): более 100 м3/сутки – очень сильно водопроницаемые; 30 -100 м3/сутки – сильно водопроницаемые; 10-30 м3/сутки – средне водопроницаемы; 0,1-10 м3/сутки – слабо водопроницаемые; 0,01-0,1 м3/сутки – очень слабо водопроницаемые; менее 0,01 м3/сутки – практические водоупорные. Влагоёмкость – способность горных пород вмещать некоторое количество влаги, набухать, увеличиваться в объёме. Химическая активность для горных пород, применяемых в строительстве, определяется их растворимостью в воде и взаимодействием с 10%-ной соляной кислотой HCl. 1.1.4 Физические свойства Окраска горной породы определяется, в основном, цветом минералов, входящих в её состав, и может играть важную роль в оценке пород, применяемых в строительстве. 9 Плотность – характеристика горной породы, зависящая от её минерального состава и упаковки частиц, равная отношению массы к единице объёма (т/м3; г/см3). При изучении горных пород необходимо учитывать разницу между плотностью минеральных частиц и плотностью породы в целом с учётом пор и трещин. 1.1.5 ПрочностнЫе и деформациóонные свойства Прочность – способность горных пород сопротивляться разрушению от действия внутреннего напряжения. Для горных пород, применяемых в строительстве, основным прочностным показателем является предел их сопротивления одноосному сжатию - Rсж, выражается в МПа или кг·с/см²: Rсж > 120 МПа – очень прочные; 50 - 120 МПа – прочные; 15 - 50 МПа – средней прочности; 5 - 15 МПа – малопрочные; менее 5 МПа – полускальные. Трещиноватость – степень развития трещин в массиве горных пород. Трещины могут возникать в любых монолитных горных породах, когда те не выдерживают приложенной к ним нагрузки. Показатель трещиноватости увеличивается на всём протяжении существования массива пород. Но для инженера-строителя важно знать не только густоту трещин, но и причину их возникновения: первичная трещиноватость возникает уже в процессе формирования горных пород и связана с изменением объёма массива. Фигуры, выделяемые из массива пород системой первичных трещин, называются отдельностью; вторичная трещиноватость: тектоническая возникает в результате тектонических движений в земной коре. Они проявляются в виде землетрясений и приводят к образованию прямолинейных трещин шириной до нескольких десятков метров и длиной до нескольких километров. Такие трещины часто залечиваются обломками, и становятся незаметными на поверхности земли, но отчётливо видны на аэрофотоснимках. Они существенно усложняют, а иногда делают невозможным проведение строительных работ, поэтому обязательно фиксируются при изучении местности и обозначаются на картах красными жирными линиями; экзогенная трещиноватость связана с выветриванием. Такие трещины извилисты, имеют ширину до нескольких сантиметров и глубину до 10-15 см. Не оказывают существенного влияния на строительные работы. Устойчивость определяется количеством времени, в течение которого порода сохраняется в естественных и в городских условиях, т.е. при воздействии влаги и дымовых газов. 10 Особые свойства г. п. – их уникальные диагностические признаки. 1.1.6 Месторождения полезных ископаемых - М.П.И. 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 возможностями и др. Следовательно, горная порода становится полезным ископаемым, как только появляется необходимость и возможность её 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 большое 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 массива 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 и мелко- 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; дроблёный камень – щебень, бутовый камень; в) сырьё для изготовления стройматериалов: цемент; кирпич и керамические изделия; стекло; изоляционные материалы; огнеупоры; каменное литьё (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 МАГМАТИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ Начиная со светлых гранитов и сиенитов и кончая тёмными тяжёлыми базальтами, пёстрой 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 твёрдом 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 перейдёт в твёрдое состояние, т.е. не обратится в ту или иную горную породу. В одних случаях магма, прорываясь по трещинам земной коры, застывает в её 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. интрузио - 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 кремнезёма 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, нефелин 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 зёрна 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 зёрна минералов; стекловатая – порода представляет собой сплошную стекловидную массу, что свидетельствует о быстром застывании лавы (обсидиан); б) по относительному размеру зёрен: равномернозернистая – зёрна в образце имеют приблизительно одинаковый размер (габбро, трахит); неравномернозернистая – в образце присутствуют зёрна разной величины (гранит); порфúровая - в однородной сплошной массе породы выделяются участки различной крупности (базальтовый порфирит); в) по абсолютному размеру зёрен: крупнозернистая - более 5 мм, среднезернистая - от 2 до 5 мм, мелкозернистая - менее 2 мм, скрытокристаллическая - зёрна неразличимы невооружённым 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 объём образца занят минеральным веществом (гранит, обсидиан); 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 определённом направлении (пегматит - «письменный гранит»); неориентированная - минеральные зерна расположены беспорядочно (гранит, габбро). Окраска МГП часто характеризуется термином «цветное число» или «цветной индекс», отражающим содержание темноцветных минералов (авгита, роговой обманки, биотита и др.) в процентном отношении к объёму породы. Если преобладают светлые зёрна, то окраску называют лейкократовой (от греч. лейкос – белый), а если тёмные - меланократовой (от греч. «меляс» - чёрный). 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 её 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. Влагоёмкость 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 жёсткими 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 объём 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]); Рисунок 2 Стóлбчатая отдельность в наземных базальтах Рисунок 3 Подушечная отдельность в подводных базальтах Устойчивость магматических горных пород исчисляется векáми, при условии, если порода отполирована и за ней осуществляется правильный уход (полированный 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 надёжным. 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 распространённое в земной коре; 6 - ж ú л а - протяжённое геологическое тело, образовавшееся при заполнении трещины магмой; 7 - л а к к о л ú т - (от греч. lakkos – яма, углубление, полость) грибо- или 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 13 - н е к к (от англ. neck – шея) – геологическое тело трубообразной формы, возникающее при заполнении магмой подводящего канала к жерлу вулкана; 14 - л á в о в ы й о б е л ú с к – столбообразное геологическое тело, возникающее при застывании очень вязкой лавы непосредственно над жерлом вулкана; 15 и 16 - л á в о в ы е п о т о к и – формы залегания излившихся горных пород, характеризующиеся значительной длиной при относительно небольшой ширине. Величина массива влияет на целесообразность его разработки с целью получения строительного камня (гранит широко распространён 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, имеет нарядную светлую окраску. 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 чётко 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 сооружений; б) строительный камень. Магматические горные породы с древнейших времён 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 деталей (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 и даёт огромное количество пыли. В таких же условиях гранитный пол экологически безопасен и срок 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.); дроблёный камень (любые МГП, отходы производства штучного камня); в) сырьё 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 литьё) 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 ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ Камень - чудо природы и тайна её. Э. Межелайтис Генезис осадочных горных пород заключается в разрушении на поверхности земли различных уже существующих пород, образовании осадка, его переносе, сортировке, отложении, накоплении, уплотнении и окаменении. ОГП по происхождению являются вторичными. По способу образования различают: а) о б л ό м о ч н ы е ОГП - образуются при механическом разрушении горных пород и минералов (щебень, галечник, песок, песчаник); б) г л ú н и с т ы е ОГП - занимают промежуточное положение между продуктами физического и химического выветривания (глины); в) х е м о г é н н ы е - образуются при выпадении в осадок солей из водных растворов (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 подразделяют 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 неизменёнными 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, лёсс). 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 Второстепенные (акцессорные) минералы могут сильно влиять на свойства осадочной горной породы (несколько процентов глинистых минералов в составе песчаных пород придают влагоёмкость набухание при увлажнении и др.). Структура – вторая из основных характеристик горной породы, отражающая её внутреннее строение. Структуры осадочных пород из-за их разнообразия не имеют единой классификации и выделяются для каждой группы ОГП отдельно: а) для структур обломочных ОГП (таблица 1) определяющее значение имеют размеры обломков (в разнозернистых породах структурный тип устанавливают по преобладающей фракции); внешний облик обломков, различают по степени окатанности: неокатанные (угловатые) не несут следов обработки водой или ледником, следовательно, переноса обломочного материала от места образования не было или он был кратковременным и на небольшое расстояние (глыбы, щебень, дресва), окатанные обломки указывают на долгий путь и длительное время переноса до места отложения (валуны, галечник, гравий); физическое состояние породы рыхлые (валуны, щебень, галечник, гравий, песок), сцементированные (брекчия, конгломерат, песчаник, алевролит). Таблица 1 – Структуры обломочных ОГП Размер обломков, мм Более 200 Рыхлые Угловатые Окатанные 2-1 дресва гравий грубозернистый песок Сцементированные Угловатые Окатанные глыбовая валунный брекчия конгломерат щебневая конгломерат брекчия дресвяная гравийный брекчия конгломерат грубозернистый песчаник 1-0,5 крупнозернистый песок крупнозернистый песчаник 0,5-0,25 среднезернистый песок среднезернистый песчаник 0,25-0,1 мелкозернистый песок мелкозернистый песчаник 0,1-0,05 тонкозернистый песок тонкозернистый песчаник 0,05-0,005 алеврит (пыль) алевролит глыбы валуны щебень галечник Более 10 Более 2 21 Для сцементированных обломочных ОГП очень важен состав цемента (глинистый, железистый, битуминозный, карбонатный и др.) и его тип (количественное соотношение и расположение по отношению к обломкам) (рисунок 5): Рисунок 5 Типы цемента (по М.С. Швецову) а) базальный и коррозионный (разъедания); б) базальный и сгустковый (неравномерный); в) цемент пор; г) контактовый (соприкосновения); д) цемент пор и выполнения; е) беспорядочно зернистый кристаллический; ж) крустификационный (обрастания); з) нарастания (регенерации); и) прорастания б) структуры глинистых пород выделяют по размерам частиц (таблица 2). Формы глинистых частиц (чешуйки, листочки, пластинки) при этом не учитываются, т. к. различимы только под микроскопом: Таблица 2 – Структуры глинистых ОГП Размеры частиц, мм Наименование частиц 0,01-0,005 (грубая фракция) < 0,005 (тонкодисперсная фракция) Глинистые (пелитовая фракция) Осадки и рыхлые породы Сцементированные породы Глины Аргиллиты Известковые глины 22 Мергели Структуры Пылеватоглинистая Глинистая (пелитовая) в) структуры хемогенных ОГП выделяют по размерам и форме зёрен (таблица 3): Таблица 3 – Структуры хемогенных ОГП Группы пород Осадки и рыхлые г. п. Сцементированные породы Галоидные Каменная соль и др. Сульфаты Гипс, ангидрит Карбонаты Известняки, доломиты, магнезиты Глауконитовые песчаники, Железистые Глауконитовые пески, рыхлые осадки и гидроокислы железа Структуры Крупнозернистая, среднезернистая, мелкозернистая, натёчная Крупнозернистая, среднезернистая мелкозернистая, волокнистая, плотная бурые железняки Крупнозернистая, среднезернистая, мелкозернистая; оолитовая, плотная, землистая г) структуры органогенных ОГП выделяют по виду органики и по её сохранности (таблица 4): Таблица 4 – Структуры органогенных ОГП Группы пород Осадки и рыхлые породы Сцементированные породы Структуры Трепелы, опоки, диатомит Глобулярная, землистая Ракушечная, землистая Кремнистые Известняки, мел, Карбонаты Каустобиолиты Сапропель, гумусовые отложения Сапропелиты, горючие сланцы, ископаемые угли Тонкозернистая д) в породах сложного генезиса структуры выделяют по размерам зёрен: - землистая, - глинисто-пылеватая. 23 Текстуры ОГП (таблица 5) зависят от взаимного расположения минеральных частиц: Таблица 5 – Текстуры осадочных горных пород Текстуры Обломочные Глинистые Плотная, массивная Брекчия, конгломерат, песчаник Глины Пористая, кавернозная Гравий, песок, лёсс Слоистая, полосчатая Туфовая Плойчатая Алевролит Суглинки, глины Хемогенные Ангидрит, каменная соль, известняк Органогенные Мел, трепел, диатомит Известняк, бурый железняк Ракушечник, коралловый известняк Известняк Сложного генезиса Опока Мергель Туф Глины Окраска любой горной породы определяется цветом минералов, входящих в её состав (пески, состоящие из зерен кварца белые, а из роговой обманки черные). Но для осадочных пород имеет значение ещё и окраска цемента в составе породы (кварцевый цемент придает породе светлую окраску, битуминозный цемент окрашивает породу в черный цвет, а железистый - в красный. Глины, содержащие тонкорассеянное углефицированное органическое вещество имеют чёрный и тёмно-серый цвета). Климат, в котором ОГП сформировались, также влияет на их окраску (в районах с прохладным и влажным климатом формируются ОГП серо-зеленого цвета, в районах с сухим жарким климатом - красного, бурого, желтоватобурого). Плотность осадочных горных пород весьма разнообразна (от 250 кг/м³ у диатомитов до 3000 кг/м³ у известняков). Важной характеристикой осадочных горных пород является пористость, оказывающая влияние на прочностные и водные свойства ОГП (песчаники 10 15%, ракушечник 30 - 40%, пески 30 - 40%, глины и суглинки 40 - 50%, ил 70 80%); Водопроницаемость – способность горных пород пропускать через себя (фильтровать) воду может проявляться у ОГП в зависимости от их трещиноватости (известняк), но ещё в большей степени – от их пористости (галечник, песок): 24 очень сильно водопроницаемые - более 30 м3/сутки; сильно водопроницаемые - от 3 до 30 м3/сутки; водопроницаемые - от 0,30 до 3 м3/сутки; слабо водопроницаемые - от 0,005 до 0,30 м3/сутки; неводопроницаемые - менее 0,005 м3/сутки; Влагоёмкость – способность горных пород вмещать некоторое количество влаги, набухать, увеличиваться в объёме (глинистые породы). Химическая активность горных пород выражается в их взаимодействии с 10%-ной соляной кислотой HCl. Осадочные породы, содержащие карбонат кальция, бурно реагируют с кислотой (мел, мергель, известняк, ракушечник; лёсс и обломочные породы, скреплённые карбонатным цементом). Другие породы могут растворяться в кислоте без бурных реакций (гипс, каменная соль и т. п.). С водой взаимодействуют, т.е. растворяются в ней, практически те же активные породы. Зачастую их растворению способствует СО2. Это значит, что в природных условиях такие породы подвержены выщелачиванию подземными водами, образуют карстовые полости, и возведённые на них сооружения подвергаются опасности. Прочность (предел сопротивления одноосному сжатию) у осадочных горных пород обычно ниже, чем у МГП и МетГП, поэтому, кроме общепринятых интервалов, для осадочных пород используют ещё более дробное разделение: - пониженной прочности - от 3 до 5 МПа; - низкой прочности - от 1 до 3 МПа; - очень низкой прочности - менее 1 МПа. Rсж ОГП колеблется в широких пределах (от 0,15 МПа у песков до 260 МПа у кремнистых песчаников). Трещиноватость характерна для монолитных ОГП (брекчия, известняк, опока), но проявляется в разной степени (известняки всегда сильно трещиноваты; массивы гипса не содержат трещин, т.к. гипс способен их «залечивать»). Устойчивость ОГП за редким исключением (кремнистый песчаник) невелика. Это объясняется небольшой механической прочностью и часто проявляющейся химической активностью. Особые свойства слоистость и параллельная полóсчатость, характерная для многих ОГП и объясняемая отложением осадочного материала; наличие органических остатков; 25 способность к доуплотнению характерна для песчаных пород, которые чутко реагируют на вибрацию (землетрясение, работа механизмов и т.п.); глинистые породы при замачивании способны впитывать воду, увеличиваясь в объёме. Не менее опасно и уплотнение глинистых пород при высыхании. Эти явления могут привести к неравномерной осадке сооружения (Пизанская башня) и даже к его деформации; ОГП, содержащие глинистые частицы, при увлажнении способны переходить сначала в пластичное состояние, а затем и в текучее. Формы залегания осадочных горных пород особым разнообразием не отличаются. Первичной формой залегания является слой – геологическое тело плоской формы, ограниченное двумя приблизительно параллельными плоскостями и обладающее более или менее однородным составом. Со временем слои могут несколько изменить свою форму (рисунок 6): Рисунок 6 Слоистость: а) слой; б) линза; в) выклинивание слоя; г) прослой; д) пережим слоя Месторождения Осадочные горные породы составляют не более 5 - 8% объёма земной коры, но распространены чрезвычайно широко и покрывают 75% площади земной поверхности слоем мощностью до 10-12 км. Многие ОГП распространены в России практически повсеместно (известняки, пески). Лучше всего они сохранились на Восточно-Европейской и Сибирской платформах, Причерноморской и Днепровско-Донской впадинах, где залегают почти горизонтально. Применение а) ОГП чаще других встречаются на поверхности земли и, соответственно, служат основаниями сооружений. При оценке этих грунтов необходимо учитывать не только их прочность, но и способность к выщелачиванию и доуплотнению. 26 Многие ОГП требуют укрепления перед строительством сооружений (лёсс, пески, глины, суглинки, супеси), а некоторые совсем непригодны для таких целей (щебень); б) естественные строительные материалы. Осадочные горные породы используются в строительстве в естественном виде: штучный камень облицовочный камень производят из прочных декоративно окрашенных ОГП (брекчия, песчаник, известняк, ракушечник); стеновые блоки изготавливают из достаточно прочных и пористых пород (известняк, туф вулканический); дроблёный камень (щебень, доломит); в) многие осадочные горные породы служат сырьём для изготовления строительных материалов: кирпич является одним из наиболее распространённых строительных материалов. Его изготовление основывается на использовании глинистых пород (глин и суглинков), песков, лёссов, трепела, диатомита; цемент – необходимый материал при любом строительстве. Представляет собой тонкий порошок, полученный при измельчении мергеля, опоки, известняка, мела, лёссов; производство извести – известняк; керамические изделия получают, используя глины, опоку, лёсс; стекло производится из кварцевого песка с применением мела; огнеупоры – из песков, песчаников, доломита; заполнители бетонов - щебень, гравий, песок, ракушечник; дорожное строительство - грубообломочные ОГП, супеси; г) другое применение осадочных горных пород: энергетика – нефть, природный газ, уголь, торф, горючий сланец; химическая промышленность – то же; металлургия – руды, пески, известняк; производство кислотоупоров – песок, диатомит; производство абразивов – пески, песчаники, диатомит, трепел; адсорбенты – монтмориллонитовая глина, опока, диатомит; фильтры – галечник, гравий, песок; сельское хозяйство – песок, монтмориллонитовая глина, мергель; источники ценных элементов - пески (россыпные месторождения золота, платины, олова, вольфрама, тория и др.). 27 МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ Все то, что видишь, будет всемогущей природой изменено, и из каждого вещества будет создано новое, а из нового снова новое так, чтобы мир оставался всегда юным. Марк Аврелий Термин «м е т а м о р ф ú з м» (от греч. metamorpho – превращаюсь, преобразуюсь) переводится с греческого языка как «последующая, измененная форма». Он представляет собой процессы изменения минерального состава и структурно-текстурных особенностей горных пород без их переплавления. Горные породы, попавшие в новые для себя термодинамические условия глубинных частей земной коры, и подвергшиеся глубокому преобразованию называются метаморфическими (МетГП). Генезис метаморфических горных пород обусловлен воздействием на исходные горные породы давления, температур и химических веществ, отличных от тех, при которых они образовались. Такому изменению могут подвергнуться любые уже существующие горные породы, поэтому МетГП являются вторичными. По преобладанию того или иного агента выделяют несколько видов метаморфизма: а) к о н т á к т о в ы й метаморфизм – это изменение исходных, преимущественно осадочных пород, под действием высоких температур при внедрении в них магматических тел (образование мрамора на контакте интрузивного тела с известняками); б) д и н а м о м е т а м о р ф ú з м – механическое разрушение (дробление и перетирание) горных пород под влиянием одностороннего давления при тектонических движениях земной коры (тектонические брекчии); в) м е т а с о м а т ó з – преобразование пород в результате привноса или выноса химических компонентов. Широко развит в земной коре, проявляется самостоятельно или в сочетании с другими видами метаморфизма. г) р е г и о н а л ь н ы й метаморфизм развивается на глубинах 8-20 км, где давление от веса толщ горных пород очень велико. В отличие от динамометаморфизма, в этом случае действие давления не приводит к разрушению исходных горных пород, т.к. бывает постепенным и длительным. Происходит перекристаллизация пород на обширных территориях (гнейс); Химический СОСТАВ метаморфических горных пород соответствует составу исходных пород, кроме случаев метасоматоза. 28 Минеральный СОСТАВ метаморфических горных пород (таблица 6) определяется составом исходных пород и включает в себя минералы, характерные как для магматических, так и для осадочных пород: Таблица 6 – Метаморфические горные породы Ступени метаморфизма Низкая ступень – фация зеленых сланцев. Начальная. Средняя ступень – амфиболитовая фация Высокая ступень – гранулитовая и эклогитовая фация Ультраметаморфизм КонтактовоСобственнометаморфиконтактовоческие метаморфические Контактовометасоматические Динамометаморфические Региональнометаморфические Название групп пород Примеры наиболее характерных метаморфических пород Филлиты, хлоритовые, глинистые, зеленые, тальковые сланцы. Критическим (важнейшим) является минерал актинолит Слюдяные сланцы, амфиболиты, мраморы, кварциты. Критический минерал – роговая обманка Гнейсы, кварциты, мраморы, гранулиты, эклогиты – для них свойственны оливин, пироксен, гранаты, кордиерит и др. Мигматиты Роговики Грейзены, скарны Тектонические брекчии, милониты. Главные (породообразующие) минералы МетГП - кварц, полевые шпаты, роговая обманка, слюды, кальцит, магнезит, доломит, магнетит, гематит и др.; второстепенные (акцессорные) - тальк, хлорит, глинистые минералы и др. Среди МетГП встречаются и мономинеральные (мрамор, кварцит), и полиминеральные (гнейс). Структуры МетГП: реликтовая (остаточная) – у МетГП сохраняются элементы структур исходных пород (глинистая у глинистых сланцев); катакластическая – порода представляет собой сцементированное скопление обломков (тектоническая брекчия); полнокристаллическая – зёрна всех минералов в породе хорошо сформированы и легко различимы (мрамор, гнейс); граноблáстовая (равномернозернистая) - все частицы в горной породе имеют приблизительно равные размеры (мрамор, кварцит); порфироблáстовая (неравномернозернистая) - на фоне зёрен одного вида выделяются крупные кристаллы других минералов (зерна граната в сланцах); 29 сливнáя – порода представляет собой сплошную однородную микро нистую массу (роговик). зер- Текстуры МетГП: массивная - горная порода представляет собой плотную однородную массу (кварцит, мрамор); пятнистая и полóсчатая - чередование пятен и полос разного цвета (мрамор, яшма); гнéйсовая - наличие в породе участков (пятен), отличающихся составом и окраской (гнейс); сланцевáтая - совершенно однородная порода легко разделяется на тонкие плитки (филлит); плóйчатая - наличие в породе мелких складочек (слюдистые сланцы). Окраска разнообразна, часто очень декоративна. Эта характеристика имеет большое значение для МетГП, т.к. многие из них применяются в качестве естественных строительных материалов, декоративных и поделочных камней. Плотность МетГП не имеет большого разброса величин, т. к. среди них нет пористых разностей. Характерны средние значения плотности 2300-3000 кг/м³. Водопроницаемость МетГП напрямую зависит от степени их трещиноватости. Влагоёмкость для МетГП не характерна. Химическая активность может проявляться у МетГП, содержащих минералы-карбонаты: кальцит, доломит, магнезит и др. (мрамор бурно вскипает при взаимодействии с 10%-ной соляной кислотой HCl). С водой реагируют, т.е. растворяются в ней практически те же активные породы, чему способствует СО2. Прочность МетГП колеблется в широких пределах от 25-60 МПа у зелёных сланцев до 400 МПа у кварцитов. Жёсткие кристаллизационные связи между новообразованными минералами у них менее прочны, чем, например, в магматических породах. Трещиноватость Вторичная трещиноватость возникает в метаморфических горных породах в результате тектонических движений участков земной коры. Экзогенная трещиноватость связана с выветриванием. МетГП обладают меньшей устойчивостью к выветриванию, чем другие породы. Это обусловлено резким отличием термодинамических условий на поверхности земли от условий в месте их образования. Основная масса трещин ориентирована вдоль сланцеватости. 30 Поэтому оценка степени трещиноватости МетГП (наряду с изучением состава пород) требует особого внимания в ходе инженерно-геологических изысканий. Устойчивость у различных МетГП значительно отличается (весьма популярный в облицовке мрамор начинает разрушаться через 20 -130 лет, полное разрушение происходит через 100 - 1200 лет; кварцит в городских условиях начинает разрушаться через 220 - 470 лет, полное разрушение происходит через 1600 лет). Это связано с разнообразием их минерального состава и строения. Особые свойства При длительном воздействии высокого давления в недрах земли, минеральные частицы некоторых пород постепенно выстраиваются в определённом порядке (филлит, гнейс). Они приобретают некоторую ориентировку в пространстве, вследствие чего горная порода становится неоднородной по разным направлением. Это отражается как на внешнем виде породы (полóсчатость, сланцевáтость), так и на её физических свойствах: значения Rсж, полученные в направлении параллельном сланцеватости, значительно меньше (в среднем на 1/3), чем в перпендикулярном направлении. Это облегчает разработку строительного камня – отделение блоков от массива, разделение блоков на части, - но ограничивает применение таких пород в строительстве (гнейс не применяют для заполнения бетонов). Неоднородность свойств по разным направлениям называется анизотропия (от греч. «ан-» - не-, приставка отрицания; греч. «изос» - равный; греч. «тропис» - свойство). Формы залегания МетГП определяются типом метаморфизма: а) при контактовом метаморфизме образуются своеобразные оболочки ореолы МетГП вокруг интрузий (рисунок 7). Рисунок 7 Зоны контактового метаморфизма 1, 2 – неизменённые ОГП; 3 - метаморфизованные породы экзоконтактовой (внешней) зоны; 4 - метаморфизованные породы эндоконтактовой (внутренней) зоны; 5 – неизменённые граниты; 6 – граница контактового ореола Чем больше по размеру, глубже по залеганию и кислее по составу интрузия, тем шире ореол изменённых пород; б) динамометаморфизм образует мощные зоны смятия и разломов. Для таких площадок характерны находки щебня с «зеркалами скольжения» - зеркально 31 гладкими поверхностями соприкосновения обломков, двигавшихся относительно друг друга; в) метасоматоз обычно не ведёт к изменению форм залегания исходных пород. Характерно наличие псевдоморфоз – образцов минералов или органических остатков, замещённых другими веществами; г) региональный метаморфизм более или менее сохраняет формы залегания исходных пород, обычно это обширные мощные слои; Месторождения МетГП формируются в зоне метаморфизма на глубине от 8 до 20 км, но, по мере разрушения окружающих пород, могут оказаться на поверхности земли. Они широко распространены на Урале, в Восточной Сибири, на Кольском полуострове, на Кавказе, в Средней Азии, Украине. Применение а) МетГП с массивной текстурой являются надёжным основанием сооружений. Осложнения могут возникнуть в тех случаях, когда МетГП обладают сланцеватостью. При небольших нагрузках опасности для зданий и сооружений не возникает, но если они являются подземными или подпорными, то от строительства на таких участках нередко приходится отказываться; б) строительный камень. МетГП с древнейших времён используются в строительстве в естественном виде, пройдя лишь поверхностную обработку: штучный камень : монументальный камень. Стоимость такого камня в большой степени зависит от его внешнего вида (белый скульптурный мрамор с розовым оттенком дороже, чем обладающий другими оттенками, т.к. изделия из него кажутся живыми, а серый или сиреневый оттенок придаёт скульптурам мёртвый вид). облицовочный камень требует рационального применения (мрамор во внутренней облицовке стен устойчив, долговечен и декоративен; полы и лестницы из него получаются скользкие и при большом потоке людей быстро снашиваются; облицовка крыльца мрамором, особенно в условиях Сибири, недопустима); дроблёный камень – гнейс - хороший материал для дорожных работ, но неподходящий для заполнения бетонов; в) многие метаморфические горные породы служат сырьём для изготовления строительных материалов: производство извести – мрамор; стекло производится с применением мрамора; огнеупоры – получают из кварцитов; 32 г) другое применение метаморфических горных пород: кварцит – металлургия, производство кислотоупорных и абразивных материалов и др.; мрамор – сельское хозяйство, электроизоляция и др.; источники ценных элементов - кварциты и некоторые другие МетГП являются рудами вольфрама, олова, меди, поделочными и ювелирными камнями – нефрит, лазурит, чароит, яшма и др. 1.1.9 Взаимосвязь классов горных пород (рисунок 8) Рисунок 8 ПОЛНАЯ схема взаимосвязи классов горных пород 33 1.1.10 Контрольные вопросы 1. Горные породы и их классификация. 2. Разделение магматических горных пород на группы в зависимости от их состава и генезиса (рисунок 8). 3. Разделение осадочных горных пород на группы по генезису (рисунок 8). 4. Разделение метаморфических горных пород на группы в зависимости от типа метаморфизма (рисунок 8). 5. Зависимость строительных свойств метаморфических пород от исходных горных пород. 6. Зависимость окраски горных пород от различных факторов. 7. Роль различных минералов в составе горных пород. 8. Типы структур горных пород. 9. Типы текстур горных пород. 10. Влияние трёх важнейших признаков горной породы на её прочность. 11. Пористость горных пород, её роль в строительных свойствах породы. 12. Плотность горных пород. 13. Трещиноватость в горных породах и её влияние на прочность пород. 14. Особые свойства горных пород. 15. Химические свойства различных классов горных пород. 16. Водные свойства различных классов горных пород, их влияние на устойчивость в природных условиях. 17. Формы залегания магматических горных пород. 18. Формы залегания осадочных горных пород. 19. Формы залегания метаморфических горных пород. 20. Применение горных пород в различных отраслях народного хозяйства. 34 1.2 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Описание свойств горных пород 1.2.1 Задание Настоящая практическая работа проводится для наилучшего усвоения свойств горных пород, и в целях сохранения информации о них, что облегчит изучение таких дисциплин как «Строительные материалы», «Грунтоведение», «Механика грунтов» и др. Каждому студенту предлагается описать наиболее важные свойства 25 горных пород учебной коллекции по вариантам (таблица 7). Работа заключается в заполнении студентом таблицы 8 при помощи настоящего учебного пособия. Таблица вычерчивается в рабочей тетради, заполняется от руки и сдаётся преподавателю в порядке, установленном кафедрой. Данная практическая работа засчитывается как контрольная точка, и является одним из обязательных условий получения допуска к зачёту (экзамену). Таблица 7 – Списки горных пород для описания свойств Варианты 1, 3, 5... (все нечётные) Варианты 2, 4, 6... (все чётные) 1. ГРАНИТ 2. ЛИПАРИТ 3. ДИОРИТ 4. ТРАХИТ 5. ГАББРО 6. БАЗАЛЬТ 7. ПЕРИДОТИТ 8. ЩЕБЕНЬ 9. ГРАВИЙ 10. ПЕСОК 11. ПЕСЧАНИК 12. СУПЕСЬ 13. СУГЛИНОК 14. ЛЁСС 15. БРЕКЧИЯ 16. АЛЕВРОЛИТ 17. МОНТМОРИЛЛОНИТОВАЯ ГЛИНА 18. ИЗВЕСТНЯК 19. ТУФ ВУЛКАНИЧЕСКИЙ 20. МЕЛ 21. ОПОКА 22. МЕРГЕЛЬ 23. ГНЕЙС 24. МРАМОР 25. КВАРЦИТ 35 1. ГРАНИТ 2. АНДЕЗИТ 3. СИЕНИТ 4. ОБСИДИАН 5. ГАББРО 6. БАЗАЛЬТОВЫЙ ПОРФИРИТ 7. ПИРОКСЕНИТ 8. ДРЕСВА 9. ГАЛЕЧНИК 10. ПЕСОК 11. ПЕСЧАНИК 12. СУПЕСЬ 13. СУГЛИНОК 14. ЛЁСС 15. КОНГЛОМЕРАТ 16. АРГИЛЛИТ 17. КАОЛИНИТОВАЯ ГЛИНА 18. ИЗВЕСТНЯК 19. РАКУШЕЧНИК 20. ДИАТОМИТ 21. СЛАНЕЦ ГОРЮЧИЙ 22. МЕРГЕЛЬ 23. СЛАНЕЦ (из МетГП на выбор) 24. МРАМОР 25. КВАРЦИТ 1.2.2 Пример оформления практической работы «Описание свойств горных пород» Название, синонимы Класс Способ образования Место образования Химический Минеральный Торф – от нем. Torf ОГП (осадочная горная порода) органогенный неглубокие континентальные водоёмы гумусовые кислоты; остатки разнообразных болотных и озёрных растений; каолинит, кварц, полевые шпаты Структура волокнистая, переходит в аморфную Текстура Окраска пористая, слоистая бурая, с глубиной становится чёрно-бурой Генезис Состав Таблица 8 - Свойства горных пород Водные свойства Плотность, кг/м3 0,07-0,2 г/см3, очень редко 0,5 г/см3 Водопроницаемость от 0, 001 до 80 м/сут Влагоёмкость сотни и тысячи процентов нет Прочность, МПа Трещиноватость Устойчивость в природе Особые свойства Формы залегания Месторождения Основания сооружений Естественные строительные материалы Искусственные строительные материалы чрезвычайно малая не характерна разлагается в водной среде без доступа кислорода В строительстве Применение Прочностные свойства Химические свойства, реакция с НС1 (10%) Другое применение малая плотность и высокая влажность пласты и линзы мощностью до 6-7 м Западная Сибирь, Подмосковье, Беларусь, Балтия ненадёжное, необходимо снимать до минерального дна нет теплоизоляционные материалы получение парафина, воска, генераторного газа, органических кислот, технических масел и спиртов, клея, пластмасс и т. д., удобрение, топливо, подкормка и подстилка для скота, *ВСЕГО 25 ГОРНЫХ ПОРОД ПО ВАРИАНТАМ 36 1.2.3 Характеристика горных пород, как грунтов МАГМАТИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ Ультракислые ПЕГМАТИТ - от греч. «пегматос» - крепкая связь (из-за особенностей строения). Синонимы: письменный гранит (по сходству состава с обычным гранитом, а внешнего вида камня в поперечном срезе - с надписями), еврейский камень (зёрна породы в поперечном срезе напоминают восточные письмена). Магматический, интрузивный (глубинный). Ультракислый состав (SiO2>75%): ортоклаз (кристаллы величиной до 10 м), проросший кварцем (кристаллы до 1,5 м); часто содержатся кристаллы берилла, корунда, турмалина, урановая слюдка. Окраска светлая розовая или серая, пёстрая. Структура пегматитовая (графическая) - крупнозернистая или гигантозернистая. Текстура массивная. Плотность 2600-2800 кг/м3. Прочность Rсж 60-80 МПа. Скальный, но интенсивно выветривается (из-за обилия полевого шпата), переходя в каолинитовую глину, содержащую различные обломки. Обработка затруднена обилием кварца. Образует небольшие геологические тела: жилы, редко массивы и гнёзда. Часто встречается на Урале, Кавказе, Кольском полуострове, в Карелии, Украине, в Сибири. Красивый поделочный камень. Не обладающие достаточной декоративностью массы идут на изготовление керамики. Генетическая связь пегматита с породами гранитного типа и нефелиновыми сиенитами обусловила его совместное нахождение с изумрудами, аквамаринами, рубинами, сапфирами, аметистами, топазами, алмазами, слюдами, рудами вольфрама и олова. Кислые ГРАНИТ назван от лат. «гранум» - зерно, итальянского «granito» - зернистый, т.к. порода всегда хорошо раскристаллизована: зёрна минералов индивидуализированы, легко различимы, имеют чёткий контур. Магматический, интрузивный. Состав кислый (75%>SiO2≥65%): кварц (затрудняет полировку), полевой шпат (способствует выветриванию), слюды (снижают прочность). В небольших количествах могут присутствовать роговая обманка, авгит, пирит (вредная примесь!). От сиенита и нефелинового сиенита отличается отсутствием нефелина и наличием кварца. Окраска гранита всегда пёстрая, основной цвет зависит от полевого шпата – серый, розовый, красный, зеленоватый, коричневый и др. Структура полнокристаллическая (крупнозернистая, среднезернистая или мелкозернистая); равномернозернистая, редко порфировидная. Текстура массивная. Порода имеет плотность 37 2600-2700 кг/м3. Прочность находится в обратной зависимости от размеров зёрен минералов и содержания слюды, составляет Rсж 100-250 МПа. Гранит оставляет царапину на стекле. Скальный, высокоморозостойкий, кислотоупорный, обладает значительным сопротивлением истиранию. В природных условиях сравнительно быстро выветривается. Характерна матрацевидная, пластовая, шаровая отдельность. Растрескивается при температуре более 600ºC. Хорошо обтёсывается, но трудно полируется. В полированном виде сохраняется в городских условиях до 500 лет. Чрезвычайно широко распространён, часто образует в земной коре крупные геологические тела (сотни и тысячи км2) - батолиты, штоки, лакколиты, мощные дайки, жилы, - со временем выходящие на поверхность. Кольский полуостров, Урал, Кавказ, Украина, Сибирь, Средняя Азия, Воронежская область. Гранит является надёжным основанием для зданий и сооружений, если не нарушен трещинами. Широко используется как строительный и облицовочный материал, в том числе и для гидротехнических сооружений (набережные, устои мостов, волнорезы). Из него получают блоки, плиты, карнизы, бордюры. Гранитные блоки используются для декоративного оформления зданий, гранитный щебень - для изготовления железобетонных изделий и конструкций. Из него изготавливают детали различных машин и агрегатов для целлюлозно-бумажной, пищевой (крахмально-паточной), станкостроительной, металлургической и фарфорово-фаянсовой промышленности, так как он, в отличие от металла, не поддаётся воздействию солей и кислот, не боится влаги. Из гранита изготавливают жернова и вальцы для мельниц. Гранитные плитки - материал для изготовления оснований точных приборов. Часто содержит золото, серебро, вольфрам, молибден, олово, уран, ниобий, тантал, редкоземельные элементы. ЛИПАРИТ - от Липарских островов (Италия). Синоним реолит от греч. «рео» теку и «литос» - камень. Магматический, эффузивный (излившийся). Состав кислый (75%>SiO2≥65%), аналогичен граниту: кварц, полевой шпат, слюды. Окраска, обычно, светлая: белая, желтоватая, светло-серая, розовая. Если на однородной поверхности бурого, красного, жёлтого, зелёного цвета наблюдаются небольшие пятна другого цвета (вкрапленники полевого шпата, кварца, биотита), породу называют липаритовым порфиром. Структура плотная скрыто-кристаллическая, у порфира - порфировая. Текстура массивная, пористая, флюидальная, полосчатая. Порода имеет плотность 25002650 кг/м3. Прочность Rсж 130-200 МПа. Скальный. Менее устойчив и более хрупок, чем гранит. Образует небольшие массивы: покровы, потоки, купола. Встречается на Кавказе, в Средней Азии, на Урале, Дальнем Востоке, в Восточной Сибири. 38 Применяется в строительстве в качестве тёсаного камня, бутового камня, щебня. Липарит, обладающий достаточной декоративностью, может быть использован для облицовки зданий. Используется как сырьё для стекольной промышленности. ОБСИДИАН - от греч. «обсис» - зрелище (в древности применялся для изготовления зеркал) или от имени римлянина Обсиана, впервые привезшего камень в Рим из Эфиопии. Синоним - вулканическое стекло. Магматический, эффузивный (излившийся). Состав кислый (75%>SiO2≥65%), аналогичен граниту. Окраска чёрная, серая, красновато-бурая, расположение полос указывает направление течения лавы. Структура стекловатая (аморфная) плотная. Текстура массивная или пенистая. Порода имеет плотность 1100-1150 кг/м3. Чётко выражен раковистый излом. Стеклянный блеск. От кварца (мориона и раухтопаза) отличается аморфным строением. Обсидиан обычно встречается совместно с липаритами и липаритовыми порфирами. Формирует небольшие потоки (из-за кислого состава лава вязкая). Встречается в Армении, Грузии, Азербайджане, Закарпатье, в Средней Азии, Забайкалье, в Приморье, на Курилах, на Камчатке. Благодаря способности порошка обсидиана в сочетании с гашёной известью затвердевать под водой, применяется как гидравлическая добавка для портландцемента. Добавка к извести, сырьё для изготовления тёмного стекла и термоизоляции. Поделочный камень. ПЕМЗА от лат. pumex – пена (по внешнему виду). Магматическая эффузивная. Образуется в результате быстрого остывания лавы, вспенивающейся от бурно выделяющихся газов. Является одной из разновидностей вулканического стекла. Состав кислый, аналогичен граниту. Окраска белая, серая, желтоватая, бурая. Структура стекловатая. Текстура пористая. Порода очень хрупкая. Плотность 900 кг/м3, плавает на поверхности воды. Предел сопротивления одноосному сжатию до 110 МПа. Пемза распространена в Закавказье, на Северном Кавказе, в Крыму, на Камчатке. Пемза находит применение в качестве абразивного материала (для шлифовки различных поверхностей), теплоизоляционного материала, заполнителя для лёгких бетонов. Её используют в виде порошка, как добавку к извести и цементам (в силу чего они приобретают способность затвердевать под водой), как сухую краску для штукатурки, в качестве фильтрующего материала. 39 Средние ДИОРИТ - от греч. «диорао» - различаю, отделяю (из-за частого наличия трещин отдельности). Магматический интрузивный (глубинный). Состав средний (65%>SiO2≥52%): ⅔ объёма породы составляет плагиоклаз, роговая обманка; второстепенные минералы - авгит, магнетит, пирит, слюды. Темноцветные минералы составляют около 25% объёма. От гранита отличается отсутствием или незначительным содержанием кварца, от габбро - меньшей плотностью, светлой окраской. Окраска серая, иногда при выветривании приобретает зелёные оттенки. Структура полнокристаллическая (крупнозернистая, среднезернистая, мелкозернистая). Текстура массивная, пятнистая. Порода имеет плотность около 2800 кг/м3. Прочность Rсж 150-275 МПа, в обратной зависимости от крупности зёрен, содержания слюд и степени выветрелости. Характерна шаровидная и матрацевидная отдельность. Мелкозернистые и среднезернистые разности очень морозостойки. Легко обрабатывается, хорошо полируется. Формирует небольшие массивы: жилы, дайки, штоки, лакколиты, редко батолиты. Может быть приурочен к краевым частям массивов габбро, сиенитов, гранитов. Месторождения в Крыму, на Урале, в Украине, на Кавказе, в Закавказье, в Средней Азии, на Алтае, Дальнем Востоке. Диорит применяется, аналогично граниту: получение облицовочного материала, поделочный камень, подкладки под двигатели и подмостовые фермы. Отходы производства используются в качестве дорожного камня, щебня, сырья для получения минеральной ваты. АНДЕЗИТ назван по месту первой находки - г. Анды в Ю. Америке. Магматический, эффузивный (излившийся). Состав средний (65%>SiO2≥52%), аналогичен диориту: ⅔ объёма породы составляет плагиоклаз, роговая обманка; вкрапленники авгита, биотита. Окраска светло-серая, бурая. Если на однородной поверхности тёмносерого, красноватого или чёрного цвета выделяются пятна другого цвета, породу называют андезитовым порфиритом. Структура у него порфировая, у андезита скрытокристаллическая. Текстура - пористая, пятнистая, у порфирита - массивная. Порода имеет плотность 2500-3100 кг/м3. Прочность Rсж 160-280 МПа. Скальный. Характерна отдельность плитчатая, столбчатая, радиально-лучистая. Шероховатый на ощупь. Пористые разности - лёгкие, распиливаются без затруднений. Формирует мощные вулканические поля, покровы, потоки, купола. Типичны для орогенических регионов и островных дуг, отсутствуют в центральных частях морских бассейнов и срединно-океанических поднятий. Урал, Алтай, Закавказье, Забайкалье, Украина, Казахстан, Восточная Сибирь, Дальний Восток, Средняя Азия, Камчатка. Андезит применяется в качестве кислотоупорного материала: из него получают высокосортные стекла, устойчивые к воздействию кислот и щелочей. Хоро40 ший стеновой материал, брусчатка, Щебень (в том числе и для кислотоупорных бетонов), бутовый камень. Андезит используется для изготовления чёрного фарфора. СИЕНИТ - от древнего названия г. Ассуан (Египет) - Сиена. Магматический, интрузивный (глубинный). Состав средний (65%>SiO2≥52%), в ряде случаев - щелочной: ортоклаз, роговая обманка (вместо слюд); второстепенные минералы - авгит, пироксенит, биотит, апатит, оливин. Окраска светло-серая, белая или розовая, в зависимости от цвета ортоклаза. Темноцветных минералов около 15%. Структура полнокристаллическая, чаще среднезернистая. Текстура массивная, однородная. Порода имеет плотность 2600-2800 кг/м3. Прочность Rсж 100-250 МПа. Вязкий. Хорошо полируется (не содержит кварца - отличие от гранита). Характерна матрацевидная отдельность. Составляет краевые части массивов гранита, габбро. Самостоятельно встречается редко, образует лакколиты, дайки, жилы, штоки, батолиты. Украина, Урал, Карелия, Кольский полуостров, Кавказ. Связан с крупными месторождениями магнетита, меди, марганцевых руд и др. Сиенит применяется как облицовочный материал, для изготовления орнаментов, устройства мостовых, тротуаров, ступеней лестниц, полов, бортового камня, материала для гидротехнических сооружений и памятников, щебня, заполнителя бетонов. Нефелиновый сиенит используется в качестве алюминиевой руды, сырья для получения соды, цемента, поташа, а также в производстве хрусталя. ТРАХИТ - от греч. «трахис» - шероховатый (по ощущению в руке). Синоним фонолит, - от греч. «фонэ» - звук и «литос» - камень (при проведении рукой по поверхности издаёт шорох). Магматический, эффузивный (излившийся). Состав средний (65%>SiO2≥52%) щелочной, аналог сиенита: нефелин, полевой шпат (санидин), цветные минералы. Серый с зеленоватым оттенком, светло-жёлтый, желтовато-серый, белёсый. Структура мелкокристаллическая, порфировая. Текстура пористая (6-15% объёма породы составляют поры), иногда массивная. Порода имеет плотность 2200-2600 кг/м3. Прочность Rсж 60-70 МПа. Водостоек, кислотоупорен, хорошо сцепляется с цементом. Скальные, легко выветриваются, распадаясь на угловатые обломки, а затем превращаясь в глину. Легко обрабатывается, но плохо полируется. Быстро истирается. Характерна плитчатая отдельность. Образует покровы, потоки, купола на вулканических островах, удалённых от континентов. Месторождения находятся на Кавказе, Урале, Украине, Казахстане, Алтае. Трахит - строительный и кислотоупорный материал: стеновые блоки, тёсаные плиты, щебень, добавка, придающая цементу водостойкость. Используется также для изготовления жерновов и для получения стекла. 41 Основные ГАББРО - по названию местности в Северной Италии. Магматическое, интрузивное (глубинное). Состав основной (52%>SiO2≥40%): около 50% объёма породы составляет пироксен (авгит) и 50% плагиоклаз (лабрадор), это так называемое «нормальное габбро». Если авгит заменяет роговая обманка – «роговообманковое габбро». Разновидность габбро, состоящая почти полностью из лабрадора, называют лабрадоритом. В качестве акцессорных минералов могут встречаться роговая обманка, магнетит, биотит, пирит, корунд, апатит, оливин. Окраска пёстрая, тёмно-зелёная, серая; лабрадорит чёрный, обладает иризацией. Структура габбровая - полнокристаллическая (крупнозернистая, среднезернистая, мелкозернистая). Текстура массивная, такситовая, полосчатая. Порода имеет плотность 2800-3300 кг/м3. Прочность Rсж 200-280 МПа, у мелкозернистых габбро – до 350 МПа. Характерна матрацевидная отдельность, иногда - глыбовая, шаровая. Скальный, обладает высокой стойкостью против выветривания. В воде со слабокислой реакцией при повышенном давлении размывается незначительно. Вязкий, трудно разрабатывается и обрабатывается, хорошо полируется. Широко развито среди глубинных магматических пород. Формирует лакколиты, штоки, дайки, жилы, батолиты (но не такие крупные, как граниты). Кавказ, Урал, Средняя Азия, Украина, Карелия, Кольский полуостров. Габбро, благодаря практически нулевой влажности, является ценным материалом для гидротехнических сооружений и для фундаментов сооружений при высоком уровне грунтовых вод. Ценный облицовочный материал. Может использоваться в качестве брусчатки, щебня, заполнителя бетонов. БАЗАЛЬТ - от лат. «базальтес» - камень из Базана (Сирия) или от эфиопск. «базал» - железосодержащий камень. Магматический, эффузивный (излившийся). Состав основной (52%>SiO2≥40%), аналог габбро: авгит, плагиоклаз, роговая обманка, оливин; в малых количествах, но обязательно - ильменит, магнетит. Окраска от тёмно-серой до чёрной. Структура скрытокристаллическая, возможно проявление порфировой структуры (базальтовый порфирит). Текстура пористая, у порфирита - плотная. Порода имеет плотность 3000-3300 кг/м3. Прочность Rсж 200-350, до 500 МПа. Шероховатый на ощупь, звенит при ударе. Обладает большой твёрдостью и хрупкостью, трудно обрабатывается, но хорошо полируется. Это наиболее легкоплавкая из МГП - tплав1150ºC. Скальный, чрезвычайно устойчив к выветриванию (прекрасно сохранились до наших дней законы царя Хаммурапи, высеченные на базальтовой плите в XVIII до н. э., календарь ацтеков в Мехико, идолы острова Пасхи). Характерна столбчатая, плитчатая, скорлуповатая, шаровая отдельность. Залегает в виде покровов, потоков, жил, куполов, пластов. Широко распространён: встречается на Урале, в Забайкалье, в Сибири, на Алтае, Дальнем Востоке, Карелии, Кольском полуострове, в Армении, Украине. 42 Базальт используется для получения строительного камня - штучного и дроблёного. Это хороший дорожный материал, но не пригодный для изготовления брусчатки (становится скользким). Используется в гидротехническом строительстве, в производстве кислотоупоров. Является основным сырьём для петрургии каменного литья, - расплавленному базальту дают раскристаллизоваться в специальных формах, и получают изделия любой конфигурации: от лестничных маршей до деталей машин. Такая продукция кислотоупорна, щелочеупорна, является электроизолятором, выдерживает нагрузку до Rсж 10 000 кГ/см2, возможно армирование сталью и окрашивание в различные цвета. ДИАБАЗ - от греч. «диабас» - расщепляющийся. Магматический, эффузивный (излившийся). Состав основной (52%>SiO2≥40%), аналогичен габбро: плагиоклаз и пироксен. Темноцветный с зеленоватым оттенком. Структура диабазовая - скрытокристаллическая, игольчатая. В случае порфирового строения - мелкие удлинённые зёрна белого полевого шпата с правильными очертаниями разбросаны на плотном или тонкозернистом фоне. Текстура плотная, порфировая. Порода имеет плотность 2800-3000 кг/м3. Прочность Rсж 200-300, иногда до 400 МПа. Отдельность столбчатая, плитчатая, шаровая. Высокая вязкость, малая изнашиваемость. Хорошо сцепляется с битумом и асфальтом. Чувствителен к кислотам. Образует покровы, потоки. Распространён в Карелии, на Урале, Украине, Кавказе. Диабаз по своим характеристикам очень схож с базальтом, поэтому применяется аналогично: облицовка, дорожное строительство, каменное литьё. Изготовление украшений и поделок. Ультраосновные ПЕРИДОТИТ от фр., устар. «перидот» - оливин (основная составляющая часть породы). Магматический, интрузивный (глубинный). Состав ультраосновной (SiO2<40%): оливин, авгит; роговая обманка, магнетит, хромит, ильменит. Кварц и полевые шпаты отсутствуют, оливин часто переходит в серпентин. Окраска чёрная, тёмно-зелёная, тёмно-бурая, желтовато-зелёная. Структура полнокристаллическая (крупнозернистая, среднезернистая, мелкозернистая). Текстура массивная. Порода имеет плотность 3000-4000 кг/м3. Прочность Rсж 210-250 МПа. Скальный, прочный, вязкий. Выветривается за счёт разрушения оливина. Отдельность глыбовая, шаровая. Формирует небольшие массивы - штоки, дайки. Месторождения редки: Урал, Кавказ, Карелия. Применение перидотита ограничено редкой распространённостью (по сравнению с другими породами) и отсутствием декоративности. Но с его массивами 43 связаны месторождения платины, никеля, кобальта, асбеста и других полезных ископаемых. Перидотит может использоваться как дроблёный или штучный камень для внутренней облицовки зданий, поделочный материал. ПИРОКСЕНИТ - от греч. «пир» - огонь и «ксенос» - чуждый (из-за того, что нéкогда отрицалась его связь с магмой). Магматический, интрузивный (глубинный). Состав ультраосновной (SiO2<40%): содержание авгита значительно больше, чем оливина; магнетит, роговая обманка. Окраска чёрная, тёмно-зелёная. Структура полнокристаллическая (крупнозернистая, среднезернистая, мелкозернистая). Текстура массивная. Порода имеет плотность 3100-3500 кг/м3. Прочность Rсж 210-250 МПа. Скальный, прочный, вязкий, трудно разрабатывается и обрабатывается. Отдельность шаровая, параллелепипедная, эллипсоидальная (мешает использовать в качестве штучного камня). Малодоступен (залегает на больших глубинах). На поверхности земли оливин, слагающий породу, переходит в серпентин, тальк и др. Встречается в краевых частях массивов дунита и перидотита, образует жилы и штоки. Месторождения редки, на Кавказе, Камчатке, Украине. Пироксенит может применяться для получения штучного или дроблёного камня, но из-за трудностей добычи и переработки мало используется в строительстве. Является сырьём для получения минеральной ваты. Часто связан с месторождениями платины, кобальта, никеля, золота, асбеста. ДУНИТ - по названию горы Дун в Новой Зеландии. Магматический, интрузивный (глубинный). Порода мономинеральная, состав ультраосновной (SiO2<40%): около 100% оливина; магнетит, хромит, авгит. Окраска почти чёрная, жёлто-зелёная. Структура полнокристаллическая (крупнозернистая, среднезернистая, мелкозернистая). Текстура массивная. Порода имеет плотность 3,2-4,1 г/см3, объёмный вес 3300-4000 кг/м3. Прочность Rсж до 200 МПа. Огнеупорный. Скальный, прочный, но на поверхности земли быстро выветривается за счёт преобразования оливина. Отдельность глыбовая, шаровая, параллелепипедная. Формирует небольшие жилы, дайки, лакколиты на большой глубине, часто среди перидотитов. Урал, Кавказ, Камчатка. Дунит является ценным материалом для производства огнеупоров (термоизоляционные вкладыши и специальные формы, - опоки, - применяемые при разливке стали, в том числе и в машиностроении). С ними часто бывают связаны месторождения золота, платины, никеля, хрома, кобальта и др. 44 ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ Обломочные ЩЕБЕНЬ и ДРЕСВА - рыхлые осадочные горные породы, образовавшиеся в результате механического разрушения самых разных горных пород - обломочные. Они представляют собой скопление крупных (200-20 мм щебень, 20-2 мм дресва) угловатых обломков. Если таких обломков в составе грунта содержится более 50%, то грунт называют щебенистым, либо дресвяным. Породы типично континентальные: не несут на себе следов переноса и обработки водой. Могут быть получены искусственно путём дробления различных горных пород. Состав щебня и дресвы разнообразный, часто однородный (т.к. частицы не переносились, а, значит, не перемешивались с другими). Щебенистый и дресвяный грунты малосжимаемы, неустойчивы на склонах. Обладают высокой водопроницаемостью (более 100 м/сутки) и малой влагоёмкостью. Реакция с HCl (10%) зависит от состава породы. Щебень и дресва не пригодны для оснований сооружений, такой грунт рекомендуется заменить. Используется в дорожном строительстве и для заполнения бетонов. Иногда состав обломочных пород позволяет использовать их в качестве сырья для получения искусственных строительных материалов (извести, цемента и др.). БРЕКЧИЯ - названа от древнегерманского слова «ломка» из-за своего строения. Сцементированная горная порода представляет собой скопление неокатанных обломков различной величины и разного состава. Структура грубообломочная (>100 мм - глыбовая брекчия, от 100 до 10 мм - брекчия, от 10 до 2 мм дресвяная брекчия), угловатая. Текстура плотная: обломки скреплены природным цементом различного состава, который определяет свойства породы. Прочность, в зависимости от состава цемента, находится в пределах от 5 до 160 МПа. Водопроницаемость возможна по трещинам. Брекчии с карбонатным цементом слаборастворимы водой, брекчии с сульфатным цементом - среднерастворимы. Пористость может составлять от 1,5 до 30% от объёма породы. На платформах брекчии очень редки, встречаются в виде небольших прослоек. В предгорьях могут быть мощные толщи небольшой протяжённости. Брекчии прочные и декоративные используются в качестве штучного строительного камня. В остальных случаях они могут использоваться как щебень. Кроме того, брекчии привлекают пристальное внимание геологов, т. к. между обломками нéкогда циркулировали подземные воды, насыщенные минеральным материалом, оставляющие после себя различные минералы (золото, медь, ртуть и др.). 45 ГАЛЕЧНИК и ГРАВИЙ Рыхлые осадочные горные породы, образовавшиеся в результате механического разрушения самых разных горных пород - обломочные. Они представляют собой скопление крупных (200-20 мм - галечник, 20-2 мм - гравий) окатанных частиц. Структура псефитовая (грубообломочная), окатанная. Морские или континентальные, несут на себе следы переноса и обработки водой. Состав разнообразный, редко однородный (т.к. частицы переносились и перемешивались с другими). Порода имеет плотность 1700-1900 кг/м3. Такой грунт малосжимаем. Обладает высокой водопроницаемостью (более 100 м/сутки) и малой влагоёмкостью. Галечник и гравий - надёжное основание, даже в откосах. Встречаются по берегам рек и морей по всей средней и северной части нашей страны, где нéкогда существовало оледенение, в предгорьях и горных районах. Галечник и гравий используются как балласт, фильтры для грубой очистки воды. Возможно применение гравия для заполнения бетонов, предпочтение отдаётся овражному гравию (меньше окатан, лучше сцепляется с цементом). КОНГЛОМЕРАТ - от лат. конгломератус - скученный, уплотнённый. Порода представляет собой сцементированное скопление окатанных обломков различной величины и пёстрого состава. Структура грубообломочная (>100 мм - валунный конгломерат, от 100 до 10 мм - гелечниковый конгломерат, от 10 до 2 мм - гравийный конгломерат), окатанная. Текстура плотная: обломки скреплены природным цементом различного состава, который определяет свойства породы. Прочность, в зависимости от состава цемента, находится в пределах от 5 до 160 МПа. Водопроницаемость возможна по трещинам. Конгломераты с карбонатным цементом слаборастворимы водой, конгломераты с сульфатным цементом среднерастворимы. Пористость может составлять от 1,5 до 30% от объёма породы. Некоторые разности очень декоративные, как правило, крепкие. При их выветривании возникают причудливые формы - каменные изваяния. Залегают в виде пластов с ограниченной мощностью и протяжённостью. В горных областях - толщи мощностью несколько сот метров. Являются надёжными показателями древних морских береговых линий или ископаемых горных рек. Конгломераты прочные и декоративные используются в качестве штучного строительного камня. В остальных случаях они могут использоваться, как щебень. ПЕСОК Рыхлая осадочная горная порода, состоящая из мелких (2- 0,1 мм) обломков зёрен кварца, полевых шпатов, оливина, слюд, кальцита и других минералов; вредными примесями являются глинистые частицы, гипс, окислы железа. Они имеют морское или континентальное происхождение, а значит, могут быть и окатанными, и не окатанными. Чем крупнее частицы, тем легче они подвергаются об46 работке водой. Структура песков псаммитовая. Если порода содержит по весу более 25% частиц крупнее 2 мм, то такие пески называют грубозернистыми или гравелистыми. Крупнозернистые пески содержат более 50% частиц крупнее 0,5 мм. Среднезернистые пески содержат более 50% частиц крупнее 0,25 мм. Мелкозернистые пески содержат более 75% частиц крупнее 0,1 мм. Если вес частиц крупнее 0,1 мм менее 75%, пески считают пылеватыми. Текстура песков пористая, слоистая. Окраска песков весьма разнообразна: белая, серая, чёрная, жёлтая и др. Зависит не только от цвета исходных материалов, но и от климата (в холодном влажном климате – зеленовато-серые; в сухом жарком климате – красные). Пористость около 30-40% от объёма породы (но не более 48%). Порода имеет плотность около 1800 кг/м3. Прочность Rсж 0,15-0,3 МПа. Пески водопроницаемы (50-2 м³/сут), маловлагоёмки, в сухом состоянии сыпучи. Чистый песок без примеси глинистых частиц не пачкает руки, при увлажнении не становится пластичным, из него нельзя скатать шнур диаметром менее 7 мм. Песчаные частицы ясно ощущаются при растирании на пальцах. Песчаные грунты являются довольно надёжным основанием для зданий и сооружений, т.к. сохраняют объём при увлажнении и высыхании. Но необходимо учитывать их чувствительность к вибрации и зависимость свойств от генетического типа песка. Морские пески формируются в прибрежной части морей, состоят из хорошо окатанных частиц с гладкой поверхностью и обладают приблизительно равными диаметрами. Речные пески хуже сортированы, часть зёрен угловатые. Пустынные пески образуются путём перевевания речных отложений, они плохо сортированы, имеют примесь гравия и глинистых частиц. Кроме того, известны такие уникальные виды как зыбучие пески, «поющие» пески (Кольский полуостров, Балтия, долина Днепра), плывунные пески. Они формируют слои, линзы, дюны. Разработка песков идёт в Харьковской и Львовской областях, в Калмыкии, Каракумах, Кызылкумах. Применение песка связано с его минералогическим составом и формой зёрен. В строительстве пески используются для заполнения бетонов, строительства дорог, в качестве дренирующего материала, сырья для производства стекла, кирпича, огнеупоров, кислотоупоров, карборунда. Пески необходимы для устройства фильтров, форм для литья в металлургии, посуды, обладающей кислотоупорностью, огнеупорностью и устойчивостью к перепадам температур. В медицине применяют кварцевые лампы. ПЕСЧАНИК Сцементированная осадочная порода обломочного генезиса. Состоит из песка (частиц кварца, полевого шпата, слюд), скреплённого кремнистым, известковым, железистым, глинистым, карбонатным или комбинированным цементом. Именно цемент определяет прочность породы (от 5 до 200 МПа) и её окраску. Песчаники, скреплённые карбонатным цементом, вскипают при взаимодействии с 47 соляной кислотой. Имеющие кремнистый цемент могут давать искру при ударе Плотность песчаников 1900-2800 кг/м3. Пористость составляет 2-30%. Песчаники редко образуют пласты большой протяжённости. Обычно, это небольшие прослои среди песчано-глинистых пород. Они формируют плавный рельеф без острых пиков и глубоких седловин, лишь наиболее крепкие разности являются основой скалистых гребней. Песчаники используются для получения бутового камня, щебня, материала для дорожного строительства. Ярко окрашенные разности являются хорошим декоративным и облицовочным материалом. Абразивный, огнеупорный, кислотоупорный материал (SiO2 >97%). Используется в производстве фарфора и фаянса (если окислов железа не более 0,1%). Для заполнения бетона отдают предпочтение разнозернистым песчаникам с преобладанием грубых и крупных частиц, не содержащим глины и окислов железа. ЛЁСС - от нем. «лоз» - обрыв (из-за способности создавать специфические формы рельефа - почти вертикальные обрывы). Синоним - алеврит от греч. «алеврос» мука, «ит» - подобный. Порода состоит из микроскопических (0,05-0,005 мм) зёрен полевого шпата, кварца, кальцита, 10-15 глинистых минералов, гипса, галита, скреплённых неводостойким цементом. Нередко содержит более 50 минералов. Окраска лёсса буровато-палевая, серая, жёлто-серая. Структура пылеватая. Текстура пористая (55-64%), причём вертикальная пористость крупнее горизонтальной, и обуславливает просадочность лёссов. Порода рыхлая или связная. Имеет плотность 1200-1800 кг/м3. Малопрочная. Слабоводоупорная: под действием воды часть агрегатов распадается на монозёрна, остальные водостойки. Выщелачивается природными водами. При увлажнении легко размокает, при высыхании затвердевает. Легко растирается в тонкий порошок. Бурно вскипает под действием НС1 (10%), издаёт нерезкий запах глины. Характерна просадочность от собственного веса (на 1-7 см на 1 м толщи) и оплывание в откосах. Происхождение эоловое, пролювиальное, делювиальное. Образует покровные отложения мощностью до нескольких десятков метров и занимает около 17% площади бывшего СССР: в степных областях Украины, в Средней Азии, на юге и юго-западе европейской части страны, в Кузбассе, Минусинской котловине, Приобье. Ненадёжное основание, очень коварный грунт, требующий укрепления. Иногда используется для изготовления кирпича (желтозём), строительной керамики, добавки в бетон, получение низкотемпературных цементов. На лёссах формируется чернозём. АЛЕВРОЛИТ - от реч. «алеврон» - мука и «литос» - камень. Синоним - каменные лёссы. Сцементированная осадочная порода, состоящая из зёрен кварца, альбита, кальцита, слюд и др. Структура тонкозернистая (0,01-0,1 мм), мелкообломочная. 48 Текстура плотная слабомикропористая, слоистая. Окраска, чаще всего, серая и тёмно-серая до чёрной. Порода имеет плотность до 2500 кг/м3. Прочность Rсж 2060 МПа. Водоупорный, не размокает, не набухает, не становится пластичным. При раскалывании распадается на остроугольные осколки и плитки. Порода полускальная. После вскрытия котлованом растрескивается, постепенно превращается в глиноподобную массу. Вдоль слоистости возможно оползание отдельных блоков. В Западной Сибири располагается на большой глубине. Алевролиты широкого применения не получили. ТУФ ВУЛКАНИЧЕСКИЙ от лат. «туфус» - название продуктов вулканических извержений в Южной Италии. Разновидности: пуццоланы (рыхлые), трассы (уплотнённые). Занимают промежуточное положение между магматическими и осадочными породами. Состоит из песка, камешков, вулканических бомб, сцементированных вулканическим пеплом. Окраска породы розовая, красная, фиолетовая, коричневая, жёлтая, оранжевая, серая, чёрная. Структуры могут быть различными, в зависимости от составных частей. Текстура обломочно-пористая или слоистая. Порода имеет плотность 750-1400 кг/м3. Прочность Rсж 80-190 МПа. Поры составляют 40-70%. Туфы легко обрабатываются пилой и топором, пробиваются гвоздями. При этом обладает морозостойкостью, тепло- и звукоизоляционными свойствами. Прочная, долговечная. Обычно занимает большие площади, нередко переслаивается песчанопепловыми массами или МГП (базальтами). Формы залегания, как правило, горизонтальные, около кратера вулкана - конусы. Распространены в Армении, Грузии, Кабардино-Балкарии. Из туфов можно получать большие стеновые блоки, в том числе бетонные блоки (в сочетании со шлаком), облицовочные материалы. Трассы и пуццоланы добавляют в цементы, используемые в подводных, особенно морских сооружениях. Они служат материалом для художественных поделок, предметов обихода, стойких красок. Глинистые ГЛИНА КАОЛИНИТОВАЯ от названия горного хребта Кау-Линг (Китай). Осадочная порода, включающая в себя частицы каолинита, гидрослюд, монтмориллонита, кварца, полевых шпатов, слюд, размером менее 0,005 мм. Структура глинистая, коллоидная, землистая. Текстура плотная, слоистая. Окрашена в белый, жёлтый, бурый, коричнево-красный цвет. Порода имеет плотность 1800-2000 кг/м3. Прочность в сухом виде Rсж 1,9 МПа, изменяется обратно пропорционально увлажнению. Пористость составляет 36-65% от объёма породы, но размер пор чрезвычайно мал, поэтому порода практически водонепроницаемая. Средненабухающая или совсем не набухает. Число 49 пластичности глин - 17. Липкие. Медленно сохнут, при высыхании дают небольшую усадку, разбиваются системой трещин. Удаляются лишь водой. Огнеупорные (до 1750ºС). На сухой поверхности жирных глин остаётся блестящая черта от ногтя, а у тощих - нет. От бокситов отличается тем, что он тощий на ощупь и не даёт с водой пластичной массы. Глины широко развиты на поверхности земли, в том числе в Западной Сибири, Хакассии, в Украине, Туркмении, Татарии, Башкирии, Грузии, Молдавии. Огнеупорные глины встречаются в Воронежской и Ленинградской областях, в Украине. Белые глины - в Украине, в Московской области. Каолинитовые глины используются в качестве вяжущего вещества при изготовлении кирпича, черепицы, гончарных изделий, фарфора, фаянса. Они служат наполнителями в бумажной, парфюмерной, мыловаренной, резиновой промышленности. Легкоплавкие гидрослюдистые глины пригодны для изготовления грубой керамики, кирпича, черепицы, гончарных изделий. ГЛИНА МОНТМОРИЛЛОНИТОВАЯ от французской провинции Монтмориллон. Синоним - сукновáльная глина (для обезжиривания шерсти). Осадочная горная порода морского и континентального происхождения. Содержит частицы монториллонита, гидрослюд, каолинита, кварца, полевых шпатов, слюд размером менее 0,005 мм. Окрашена в белый, бурый, коричневокрасный, жёлтый и другие цвета. Структура глинистая, коллоидная, землистая. Текстура плотная, слоистая. Порода имеет плотность 1800-2000 кг/м3. Прочность в сухом виде - Rсж 1,9 МПа, изменяется обратно пропорционально увлажнению. Имеет пониженное сопротивление сдвигу. Прекрасный адсорбент. Увлажняясь, может увеличиться в объёме до 18 раз. При высыхании даёт большую усадку и получает наибольшее уплотнение. Монтмориллонитовая глина - очень коварное основание для сооружений. Используется для очистки нефтепродуктов, растительных масел, уксуса, вин, соков. Обезжиривание шерсти, обогащение почв, пищевые добавки в корм скоту. Это лучший материал для буровых растворов. Крымские бентонитовые глины кил, - используют вместо мыла. СУГЛИНОК или песчáнистая глина - если содержание глинистых частиц в грунте, состоящем из зёрен кварца, полевого шпата, лимонита, достигает 10-30%. Он обладает большой пластичностью при увлажнении: даёт шнур диаметром 2,55,4 мм, а тяжёлосуглинистые породы 1,5-2,5 мм. При растирании с водой на стекле среди тонкозернистой массы ощущаются отдельные песчинки. При отмучивании в воде сначала оседают песчаные частицы, а затем глинистые. Имеется отчётливый запах глины. Суглинок менее плотный и липкий, чем собственно глина, поэтому легче поддаётся разработке. Окраска суглинка бурая, жёлтая, тёмно-серая, красновато-бурая. Структура землистая, глинистая. Текстура слоистая. Плотность 1400-1800 кг/м3. Пористость 36-60%. Встречаются маломощные пласты в местах 50 бывшего оледенения. Используется как сырьё для получения кирпича, фаянса, фарфора. СУПЕСЬ - песок, состоящий из зёрен кварца, полевого шпата и содержащий от 3 до 10% глинистых частиц. Даже при таком небольшом содержании глинистых частиц порода приобретает новые свойства: водоупорность, влагоёмкость, пластичность во влажном состоянии (можно раскатать в шнур диаметром 4-7 мм). Появляется набухание при увлажнении и усадка при высыхании, незначительная липкость и увеличение объёма при замерзании во влажном состоянии. При растирании супеси на пальцах ощутимы песчаные частицы, а глинистые частицы пачкают руки. Окраска супеси серая, жёлтая, зеленоватая, светло-бурая. Структура тонкозернистая (частицы диаметром около 0,005 мм составляют от 3 до 12%), землистая. Текстура микропористая, слоистая. Пористость составляет 34-50% объёма породы, за счёт этого она сильно сжимаема. При числе пластичности 3-4 используется в дорожном строительстве. АРГИЛЛИТ от греч. «аргиллес» - плотная глина, «лит» - камень. Сцементированная осадочная горная порода морского или континентального происхождения. Состоит из глинистых частиц (иллит, каолинит, монтмориллонит), скреплённых природным цементом, содержит кальцит, магнезит, пирит, магнетит, серицит, хлорит, мусковит. Окраска от белой до серой, от тёмно-серой до чёрной Структура пелитовая, тонкообломочная (частицы менее 0,005 мм). Текстура плотная, слоистая. Порода имеет плотность 1800 кг/м3. Прочность Rсж около 5 МПа. Излом неровный. При увлажнении издаёт запах глины, не размокает. Аргиллит, прошедший вспучивание, используется в строительстве (керамзит). Хемогенные КАМЕННАЯ СОЛЬ получила своё название от корня «сол», что есть в словах солнце и золото. Мономинеральная горная порода, на 95% состоящая из минерала галита NaCl. В качестве примесей может содержать гипс, ангидрит. Происхождение хемогенное (осаждение в замкнутых водоёмах). Бесцветная, белая, различные оттенки, вызванные примесями. Структура зернистая, текстура массивная. Плотность 2100 кг/м3. Очень хрупкая порода. Сильный солёный вкус, высокая растворимость в воде. Слабоустойчива, ухудшает строительные свойства грунтов и стройматериалов. В осадочных породах залегает пластами, но часто формы залегания каменной соли напоминают формы магматических пород - купола, потоки, линзы. Соликамск, Донбасс, Закавказье, Соль-Илецк, оз. Эльтон, оз. Баскунчак. 51 Без каменной соли не обходится почти ни одна отрасль народного хозяйства, в том числе и строительная. Но она не используется в качестве основания сооружений и в виде строительного камня, в силу высокой хрупкости и водорастворимости. ГИПС назван от одноимённого породообразующего минерала. В качестве примесей содержит глинистые частицы, ангидрит. Типично морская хемогенная горная порода. Окраска белая, серая или розовая, часто изменена примесями. Структура крупно-, средне- или мелкозернистая, волокнистая, скрытокристаллическая. Текстура массивная. Плотность 2200 кг/м3. Прочность около 20 МПа. Выщелачивается подземными водами с образованием полостей, пещер. Гипс часто залегает слоями. Очень опасное основание для сооружений. В строительстве применяется в качестве вяжущего материала, для изготовления перегородок, перекрытий, штукатурки. Не является строительным камнем. АНГИДРИТ назван от греч. «безводный», как и одноимённый породообразующий минерал. Мономинеральная хемогенная осадочная порода. Окраска светлая, голубовато- серая. Структура крупно-, средне- или мелкозернистая. Текстура массивная. Плотность 2800-3000 кг/м3. Прочность 60-80 МПа. Ангидрит, как и гипс, способен выщелачиваться подземными водами. Ненадёжное основание для сооружений. Используется в качестве сырья для производства вяжущих веществ. ИЗВЕСТНЯК Осадочная порода, образуется как в морских, так и в континентальных условиях. По генезису известняки делятся на хемогенные, органогенные, обломочные и смешанные. Содержит не менее 75% СаСО3, карбонатные, глинистые и песчаные частицы, MgCO3, SiO2. Часто содержит отпечатки флоры и фауны. Окраска белая, светло-серая, тёмно-серая, жёлтая, чёрная. Но на керамической плитке всегда оставляет белую черту. Стекло не царапает. Структура неравномернозернистая, крупнозернистая, среднезернистая, мелкозернистая. Текстура плотная, пористая, иногда очень рыхлая. Порода имеет плотность 1200-3100 кг/м3. Прочность Rсж от 6-36 МПа до 100-240 МПа (перекристаллизованные окварцованные массивные мелкозернистые известняки). Бурно реагирует со всеми кислотами, в том числе и с уксусной (отличие от доломита), и на поверхности остаётся пятно. Всегда пористый (2-40%), водопроницаемость больше, чем у любых других скальных пород. Иногда среди крепких известняков встречаются прослои «извест- 52 ковой муки». Хрупкий, маломорозостойкий. Подвержен выветриванию, трещиноватость постепенно приводит к разделению массива на плитки. Встречается в виде протяжённых и выдержанных пластов различной мощности. Широко распространён: Ленинградская, Московская, Горьковская область, в Донбассе, на Кавказе, в Крыму, в Сибири, на Дальнем Востоке, Урале, ТяньШане, в Прибалтике, Средней Азии, Приднепровье. Известняки являются строительным материалом (бутовый камень, плиты, ступени, площадки), в цементном деле, производстве соды, для получения карбида кальция и выжигания извести, в стекольной, сахарной промышленности, в сельском хозяйстве для нейтрализации кислых (болотных) почв. ДОЛОМИТ назван, как и одноимённый породообразующий минерал, от имени французского минералога Деодата Доломье. Осадочная хемогенная порода, образующаяся в морских условиях. Состоит, в основном, из минерала доломита. Содержит примесь кальцита, гипса, кварца, ангидрита и др. Окраска белая, жёлтая, серая. Структура зернистая, иногда скрытокристаллическая. Плотность 3100 кг/м3. Прочность 60-70 МПа. Прочнее и устойчивее к выветриванию, чем известняки. Порошок доломита бурно реагирует с соляной кислотой. Доломит применяется в качестве строительного камня, щебня для автодорог и заполнения бетонов. Служит сырьём для некоторых сортов цемента, огнеупоров. В смеси с асбестом идёт на изготовление термоизоляции. Используется в резиновой и фармацевтической промышленности. Органогенные ИЗВЕСТНЯК РАКОВИСТЫЙ назван по составу. Синоним - ракýшечник. Осадочная горная порода биохимического происхождения. Образуется исключительно в морских условиях. Состоит из раковин, обломков раковин и скелетов морских животных. Минералогический состав ракушечника представлен кальцитом, доломитом, карбонатами. Окраска белая розовая, жёлтая, красная, серая, тёмно-серая, чёрная. Структура ракушечная, коралловая, фузулиновая и т.д. в зависимости от вида составных частей, а так же землистая. Текстура массивная, пористая (до 60%), кавернозная, сцементированная. Порода имеет плотность 1200-2500 кг/м3. Прочность Rсж 4-150 МПа. Твёрдость 3 (стекло не царапает). Легко пилится. Бурно вскипает при взаимодействии с соляной кислотой (10%), растворяется в воде. Вследствие значительной пористости в них может наблюдаться циркуляция подземных вод, вызывающих растворение карбонатов. В связи с этим развивается кавернозность, ноздреватость и даже образование пещер. 53 Залегает в виде пластов мощностью в несколько десятков метров. Распространён на Урале, в Поволжье, в Сибири, Ленинградской области, в Крыму, на юге Украины, в Молдове. Надёжное основание, но подвержен выщелачиванию подземными водами. Используется для получения стеновых блоков, облицовочных плиток, заполнения лёгких бетонов. Изготовление известкового цемента, извести, бутового камня, щебня, флюс в металлургии. Применяется для устранения лишней кислотности, главным образом, подзолистых почв (известкование). Кроме того, известковые удобрения способствуют накоплению перегноя и питательных веществ, улучшают структуру почвы. МЕЛ Осадочная горная порода биохимического происхождения. Образуется в морских условиях на глубине 50-500 м при накоплении известковых панцирей корненожек, скелетов микроскопических водорослей и организмов. Мел - одна из разновидностей органогенного известняка. Состоит из карбонатов (30-40% кальцита) и примесей глинистого ила. Окраска белая, светло-серая, желтоватая, зеленоватая. Структура микрообломочная, тонкозернистая (0,01-0,005 мм). Текстура рыхлая, землистая. Неслоистая, внешне однородная. Порода имеет плотность 1800-2600 кг/м3. Прочность Rсж 1-18 МПа, размягчается при увлажнении. Мягкий, пачкает руки. Бурно реагирует при взаимодействии с НС1 10% (отличие от диатомита, трепела и белой глины). Пористость 45-55%, хороший сорбент. Липнет к языку. Исключительно широко распространён. Залегает в виде мощных пластов в равнинных местностях с первичным ненарушенным залеганием. В Европе образует сплошные полосы около 4000 км, мощностью на окраинах 10-100 м, в центре до 700 м. Встречается в Курской, Белгородской, Воронежской областях, в Поволжье, Украине, Средней Азии. В сухом состоянии полускальный, является неплохим основанием, но подвержен карстованию. При оценке необходимо учитывать механическую прочность, консистенцию, трещиноватость, возможность суффозии по трещинам. Мел используется в производстве портландцемента, извести, в стекольной, резиновой промышленности. Побелка, замазка, мастика, писчий мел. Производство кабелей, керамики, красок, лаков, глазури, взрывчатых веществ, зубного порошка, пластмассы. Применяется в сельском хозяйстве, пищевой промышленности, в медицине, в химической промышленности, для тонкой полировки. С помощью мела можно разделять на компоненты сложные смеси (до 15 составляющих), получать редкие и очень редкие металлы. ДИАТОМИТ - назван по составу - из панцирей диатомовых водорослей. Синонимы: диатóмовая земля. 54 Осадочная органогенная горная порода. Происхождение морское, реже континентальное. Минералогический состав: опал SiO2·nH2O до 95%, обломки кварца, глауконита, некоторое количество глинистых минералов. Окраска белая, жёлтая, светло-серая. Структура тонкообломочная. Текстура землистая, сильно пористая, рыхлая или слабо сцементированная. Разновидности: горная мука (рассыпчатый), полировáльный сланец (плотный слоистый), кизельгýр или инфузóрная земля (рассыпчатый). Порода имеет плотность 400-1200 кг/м3 (у мела больше). Прочность Rсж 4-5 МПа в сухом состоянии, легко растирается в порошок. Сильно влагоёмкий, что повышается с увеличением удельного веса породы, липнет к языку. Rсж 0,1-0,6 МПа в водонасыщенном состоянии. Огнеупор, кислотоупор, плохая электропроводность и звукопроницаемость. Не реагирует с НС1 (10%). Месторождения диатомита обнаружены в Среднем Поволжье, Предуралье, в Грузии, в Донбассе, в Калужской, Смоленской, Орловской, Мурманской областях, в Молдове, Армении, Западной Сибири. Диатомит используется в производстве тепло- и звукоизоляционных материалов, лёгкого кирпича, бетонов. Адсорбент для очистки воды, продуктов питания, нефтепродуктов. Абразив для ювелирных изделий. Производство красок, динамита, отбеливающих материалов, наполнитель (для мастики, сургуча, папьемаше, гипса). Получение дымовых завес, жидкого стекла, спичек, добавка к мылу. Используется в медицине и в сельском хозяйстве. ТРЕПЕЛ от нем. Trepel. Осадочная органогенная горная порода. Состав аналогичен составу диатомита (SiO2·nH2O до 75-95%, халцедон, примесь кварца, глауконита, некоторое количество глинистых минералов, окислы железа и марганца), но почти нет органических остатков. Окраска тёмно-серая до чёрного, белая, светло-серая, желтоватая, красноватая, бурая, пятнистая. Структура тонкозернистая (0,01-0,02 мм), глобулярная, оолитовая. Текстура землистая, тонкопористая. Пористость достигает 90% объёма породы. Порода имеет плотность 400-1200 кг/м3. Прочность Rсж 2,5-5МПа. Сильно влагоёмкий, разрыхляется при увлажнении и колебаниях температур. Легко растирается на пальцах, пачкает руки. Кислотостойкий, не выщелачивается. Огнеупорный. Месторождения находятся в Смоленской, Курской, Орловской областях, в Украине. Трепел используется в производстве звуко- и теплоизоляторов, лёгкого кирпича, жидкого стекла, ультрамарина. Вяжущее вещество, активная добавка в пуццолановый цемент, полировка металлических изделий. 55 СЛАНЕЦ ГОРЮЧИЙ назван по способности расслаиваться на тонкие плитки и гореть. Осадочная горная порода, образуется при одновременном осаждении глинистых и карбонатных частиц, а так же тонкого органического ила, мельчайших водорослей и др. в морских бассейнах. Без воздуха такая смесь разлагается и превращается в тёмную горную породу, пропитанную органическими веществами (преимущественно, сапропелевого типа 10-80%). Окраска коричнево-серая, коричнево-жёлтая, оливково-серая, чёрная. Структура тонкозернистая. Текстура тонкослоистая, массивная, у выветрелых разностей листоватая. В куске загорается от спички, горит ярким коптящим пламенем с запахом жжёной резины (отличие от глинистых пород). Мировые запасы горючих сланцев во много раз превышают все остальные горючие полезные ископаемые. Занимает большие площади на территории бывшего СССР и составляет 40-50% мировых запасов: Узбекистан, Якутия, Прибалтика, Украина, Беларусь, Поволжье, Ленинградская область. Горючий сланец используется для получения смол, удобрений, красителей, битума, мазута, электродного кокса, печатной олифы, бензина, дубителей кож, серы, лаков, моющих веществ, бензола, толуола. Из него производят бытовой газ, фенол, ароматические углеводороды, клей для строительной индустрии (для скрепления блоков), пластмассу. Служит для защиты от коррозии, заменяет пайку и сварку. Топливо Породы сложного генезиса МЕРГЕЛЬ от нем. Mergel, лат. marga. Синонимы: трескýн, рухляк (так как подвержен быстрому выветриванию), глинистый известняк. Осадочная горная порода сложного генезиса. Образуется как в морских, так и в континентальных условиях. Состоит из уплотнённой глины типично химического происхождения, обогащённой карбонатами (кальцитом, доломитом) химического и органогенного происхождения: - от 25 до 50% кальцита - глинистый мергель; - от 50 до 80% кальцита - известковистый мергель; - около 50% доломита - доломитовый мергель. В качестве примесей содержат опал, кварц, гидроокислы железа и др. Окраска яркая, пёстрая, преобладают светлые, жёлтые, бурые тона. Структура тонкозернистая. Текстура массивная, землистая, сланцеватая – мéргелистый сланец, иногда сцементированная. Порода имеет плотность 1900-2500 кг/м3. Прочность Rсж 6-30 МПа. Полускальный, ненадёжный, т. к. при переменном увлажнении и просыхании быстро выветривается, растрескивается и разрушается, превращаясь в грязеподобную массу. При циркуляции вод в трещинах - набухает, промерзает и разрушается. Бурно вскипает при взаимодействии с соляной кислотой, на поверхности остаётся грязное пятно. Отчётливый запах глины. 56 Пластообразные залежи на Северном Кавказе, Новороссийске, Геленджике, на Русской равнине, в Украине. Мергель - ценное сырьё для производства портландцемента, романцемента. Обожжённый и измельчённый мергель - хороший цемент без примесей. Удобрение. ОПОКА (польск.), синоним - гéза. Осадочная горная порода сложного генезиса. Образуется в морских условиях. Содержит 92-98% опала неорганического происхождения (SiO2·nH2O), до 10% кремнистых панцирей водорослей и остатков органики, сцементированных кремнистым веществом трепелов. Постепенно переходят в глину. Окраска светло-жёлтая, жёлтая, серая, тёмно-серая, зеленовато-чёрная. Структура мелкозернистая. Текстура микропористая, сцементированная. Порода имеет плотность 1100-2500 кг/м3. Твёрдая (остаётся царапина от ножа и ещё более твёрдых предметов), но хрупкая. Излом гладкий, часто раковистый. Осколки звонкие, остроугольные. Пористость около 40%, влажность около 20%, липнет к языку. Не размокает в воде, с НС1 (10%) не реагирует (отличие от мергеля). Неморозостойкая, быстро выветривается, распадаясь на угловатые обломки. Удовлетворительное основание. Часто встречается в ассоциации с трепелом и диатомитом на восточном склоне Урала, в Сибири, Поволжье, на юге Европейской части России. Опока используется в качестве добавки к портландцементу, для изготовления лёгких бетонов, керамики, теплоизоляции. Хороший адсорбент, отбеливающее вещество. МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ ЯШМА от араб. «яшб», греч.«яспис». Одни исследователи считают яшмы перекристаллизованными радиоляриевыми илами, а другие относят их к метаморфическим породам. Состоят из скрытокристаллического кварца, иногда халцедона с включением микроскопических зёрен песка, глины, остатков радиолярий и диатомита. Яшмы отличаются богатством окраски и рисунка. Различные цвета породы обусловлены окрашиванием оксидами железа и марганца. Яшмы бывают красного, жёлтого, коричневого, серого, зелёного и др. цветов. Окраска может быть неравномерной - пёстрой, полосчатой, пятнистой и т. д.: так называемые сургучные, парчовые, пейзажные, ленточные и др. яшмы. Плотность 2800-3000 кг/м3. Яшмы характеризуются исключительной прочностью не только на сжатие (Rсж до 250 МПа), но и на разрыв. Излом раковистый. Яшмы встречаются на Южном Урале, Алтае и Тянь-Шане. 57 Яшма – изумительно красивый и очень прочный камень, широко используется для изготовления поделок и облицовки. МРАМОР от греч. «марморос» - блестящий. Метаморфическая горная порода. Образуется из известняка или доломита в результате контактового или глубинного преобразования. Мономинеральная: кальцит; иногда кварц, полевые шпаты, оливин, пирит. Окраска разнообразная, часто пятнистая с красивым рисунком: белая (без примесей), серая, голубая, розовая, жёлтая (вызвана присутствием окислов и гидроокислов железа), чёрная (из-за графита), зеленоватая (если присутствует хлорит). Структура полнокристаллическая, равномернозернистая. Поверхность зёрен ровная (спайность совершенная) Текстура массивная, сланцеватость не характерна. Порода имеет плотность 2600-2900 кг/м3. Прочность Rсж 50-120 МПа, у мелкозернистого доломитизированного мрамора до 200 и более МПа. Бурно вскипает при взаимодействии с 10%-ной соляной кислотой, стекло не царапает (отличие от кварца, кварцита и яшмы). Слабо растворяется в воде в присутствии углекислого газа, но к выветриванию устойчив. Прекрасно полируется. В городских условиях начинает разрушаться через 20-130 лет, полное разрушение происходит через 1001200 лет. Входит в состав Балтийского и Украинского щитов, Сибирской плиты, Красноярского края, Урала, Алтая, Карелии, Армении, Грузии, Узбекистана, Азербайджана, Таджикистана, Киргизии, Дальнего Востока. Применяется для облицовки внутренних частей зданий, а наиболее погодостойкие разности белого и серого цвета можно использовать для наружной облицовки. Применяется для декоративных и отделочных работ, из мраморного «песка» и «крошки» создают орнаменты и скульптурные изделия, декоративный облицовочный бетон. Отходы от получения штучного камня идут на заполнение мозаик. Минеральный порошок используется в производстве асфальтобетона, в чёрной металлургии при сооружении мартеновских печей. Применяется в стекольной и электротехнической промышленности, в дорожном строительстве, в качестве удобрения и сырья для выжигания извести. Электроизоляционный материал. КВАРЦИТ назван по составу: 95-99% составляет кварц (SiO2). Продукт регионального метаморфизма кварцевых песков и песчаников. Представляет собой скопление зёрен кварца, скреплённых силикатным цементом, иногда содержит слюды, хлорит, железистые соединения. Окраска разнообразная, монотонная: розовая, серая, жёлтая, чёрная. Структура мелкозернистая, скрытокристаллическая. Текстура массивная, плотная, реже сланцеватая. Порода имеет плотность 2800-3000 кг/м3. Прочность Rсж 100-455 МПа. Излом раковистый, гладкий блестящий, поэтому обладает пониженным сцеплением с вяжущими веществами. Порода крепкая, звонкая. Поверхность зёрен неровная (спайность отсутствует). Твёрдость более 5, оставляет царапину на стекле (отличие от мрамора). Не 58 боится огня, выдерживает температуру 1710-1770ºC. Не реагирует с соляной кислотой (отличие от мрамора), устойчив против горячих щелочей, кислот, едких газов, «царской водки». Хрупкий, при раскалывании образует острые режущие рёбра. Обрабатывается с трудом, но даёт красивую полированную поверхность. Очень устойчив, разрушение в городских условиях начинается через 220-470 лет, полное разрушение - через 1600-1625 лет. Не имеет больших площадей распространения. Встречается на западном берегу Онежского озера, на Урале, Кавказе, горных системах Сибири и Средней Азии, Карелии, Кривого рога, Курской магнитной аномалии, Алтая, Украины. Кварцит – хороший строительный и облицовочный материал (облицовка зданий, опор мостов). Абразив, щебень, бутовый камень, огнеупор и сырьё для производства динасового кирпича (выдерживает температуру 1550-1650ºC без деформации). Железистые кварциты - высококачественная железная руда. СЕРПЕНТИНИТ (змеевик) назван так из-за зелёной пятнистой окраски, напоминающей шкуру змеи. Образуется из ультраосновных пород при воздействии на них водных растворов в зоне контакта. Состоит из минерала серпентина с примесью магнетита. Структура скрытокристаллическая, текстура массивная. Плотность 25002700 кг/м3. Предел сопротивления сжатию составляет 65-125 МПа. Серпентиниты встречаются на Урале, Кавказе, Закавказье, Восточной Сибири и др. Плотные декоративно окрашенные разности серпентинита используются в качестве облицовочного и поделочного камня (для изготовления шкатулок, чернильных приборов, столешниц и т. д). Может использоваться в качестве щебня для автодорог и заполнения бетонов. ГНЕЙС от нем. Gneis. Синоним - гноец, - от слав. «гнилой». Метаморфическая горная порода, образовавшаяся в результате процессов регионального, контактового или динамометаморфизма. Выделяют ортогнейсы, сформировавшиеся при перекристаллизации гранитов, и парагнейсы - продукты метаморфизации осадочных пород. По минералогическому составу аналогичен граниту: кварц, полевой шпат, слюды, амфиболы, пироксены и др. Окраска полосчатая светло-серая, зеленоватая. От гранита отличается строением. Структура гнейса зернисто-кристаллическая. Текстура плотная, полосчатая, ленточная, грубо- или тонкосланцеватые разности (отличие от гранита). Порода имеет плотность 2400-2800 кг/м3. Прочность перпендикулярно сланцеватости Rсж 80-180 МПа, параллельно сланцеватости значительно меньше, поэтому порода легко раскалывается по направлениям гнейсоватости. Маломорозостойкий, мало устойчив к выветриванию. 59 Добывается на Урале, в Восточной Сибири, в Карелии, на Кольском полуострове, в Украине, на Кавказе, в Средней Азии. Хороший щебень для дорожного строительства, плохой для бетонов. Получают плиты, брусчатку, облицовку, бутовый камень. ФИЛЛИТ от греч. «филлитис» - листоватый. Глинисто-углистый сланец. Продукт начальной стадии регионального метаморфизма глин. В минералогическом составе филлита выделяют мелкочешуйчатые слюды, тонкозернистый кварц, полевые шпаты. Окраска породы серая, зеленоватая, красноватая, чёрная. Структура глинистая (зёрна размером около 0,005 мм). Текстура тонкосланцеватая. В воде не размокает, издаёт запах глины. На плоскостях раскола шелковистый блеск, обусловленный присутствием чешуек слюды (отличие от глинистого сланца). Плотность 2600-2900 кг/м3. Особенностью сланцев является анизотропия (неравномерность) свойств по разным направлениям. В среднем Rсж равно 170 кг/см2 в направлении, параллельном сланцеватости и 260 кг/см2 перпендикулярно ей. Филлиты встречаются на Урале, Украине, Средней Азии, Восточной Сибири и других местах. Ранее использовался как кровельный материал. СЛЮДЯНЫЕ СЛАНЦЫ состоят, главным образом, из зёрен кварца и хлорита, чешуек слюды. В отличие от филлитов зёрна этих минералов более крупные, и видны невооружённым глазом. Это породы более высокой степени метаморфизма. Названия слюдяным сланцам дают по типу слюд (биотитовые, мусковитовые, биотит-мусковитовые или двуслюдяные) или по вторичным минералам (гранатовые, хлоритовые и т.д. Окраска слюдяных сланцев светло-серая, зеленовато-серая, тёмно-серая. Структура у них кристаллически-зернистая, текстура сланцеватая. Плотность 2500-2700 кг/м3. Слюдяные сланцы прочнее филлитов, особенно в направлении, перпендикулярном сланцеватости Rсж 1200-1600 кг·с/см2 (у водонасыщенных образцов прочность снижается на 30%). По сланцеватости Rсж меньше почти на ⅓. В толще эти породы очень сильно трещиноваты, и поэтому водопроницаемы. Слюдяные сланцы обнаруживаются в тех же областях, что и филлиты. Эти сланцы мало пригодны для применения в строительстве, иногда используются для получения тепло- и электроизоляционных плит. ТАЛЬКОВЫЕ СЛАНЦЫ формируются, главным образом, из магматических пород основного состава (габбро, диабазов и т.д.) и состоят из чешуек талька. В этом случае окрашены в белый цвет. Могут содержать в разных количествах хло- 60 рит и мелкочешуйчатую слюду, роговую обманку, реже – другие минералы, что отражается на окраске породы. Структура чешуйчатая, текстура сланцеватая. Жирные на ощупь. Плотность 2700-2750 кг/м3. Тальковые сланцы распространены на Урале, Кавказе, в Восточной Сибири и др. Тальковые сланцы находят применение в качестве сырья для производства огнеупоров, керамики, а так же в бумажной, резиновой и парфюмерной промышленности. Нагреванием тальк может быть превращён в минерал форстерит. ЗЕЛЁНЫЕ СЛАНЦЫ названы так из-за ярко-зелёной окраски, вызванной присутствием хлорита, а так же актинолита, талька и др. Образуются за счёт метаморфизации основных пород (габбро, порфиритов). Структура этих пород зернисто-чешуйчатая, текстура сланцеватая. Плотность 2600-2900 кг/м3. Прочность зелёных сланцев в направлении, перпендикулярном сланцеватости, обычно составляет 450-600 кг·с/см2 у сухих образцов и 250-300 кг·с/см2 у водонасыщенных. По сланцеватости прочность на сжатие меньше приблизительно на ⅓. Они устойчивы к химическому выветриванию, но легко разрушаются при переменном промерзании и оттаивании. Особенно широко зелёные сланцы развиты на Урале, Кавказе, в Восточной Сибири и др. В строительстве широкого применения не получили. 61 2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 Макроскопическое определение свойств горных пород 2.1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Методы определения свойств горных пород Целью данной лабораторной работы является ознакомление студентов с основными теоретическими положениями науки петрологии, а так же получение навыков по самостоятельному определению макроскопических свойств горных пород. 1. 2. 3. 4. Материалы и оборудование: Специально подобранная рабочая коллекция. Лупа. Неглазурованная фарфоровая пластинка - «бисквит», или керамическая плитка. Стекло. Магнит. Разбавленная соляная кислота HCl 10%. Настоящее учебное пособие. Конспекты учебных занятий по теме «Горные породы и их свойства». Порядок выполнения работы: Проработка теоретической части настоящего учебного пособия. Опрос по изученному теоретическому материалу. Практическое определение свойств горных пород, заполнение таблицы 9. Опрос по практической части с демонстрацией приобретённых навыков. I Строение: 1. Зернистое – зерна отдельных минералов ясно различимы невооруженным глазом (гранит): а) по абсолютным размерам зёрен крупнозернистое (более 5 мм), среднезернистое (2÷5 мм), мелкозернистое (менее 2 мм), тонкозернистое (не различимы невооруженным глазом); б) по относительным размерам зёрен равномернозернистое (габбро), неравномернозернистое (гранит). 2. Порфировое – на плотном фоне разбросаны более или менее крупные вкрапленники зёрен отдельных минералов – порфировые выделения (порфирит). 62 При изучении таких пород уделяют внимание исключительно вкраплениям, основная масса без микроскопа не поддается определению. 3. Обломочное – обломки различной величины, формы и цвета сцементированы в плотную массу (брекчия, конгломерат). 4. Оолитовое – в плотной массе встречаются шарики более или менее округлой формы, тот же минеральный состав, что и у основной массы, тот же цвет или чуть темнее, размеры оолитов небольшие. 5. Плотное – зёрна неразличимы невооруженным глазом (яшма). 6. Землистое – внешне напоминает рыхлую почву, легко растирается на пальцах (мел, глина). 7. Пористое – легкие с ясно выраженными порами (пемза). 8. Зернисто-сланцеватое – чередование полос зернистого и сланцеватого сложения (гнейс). 9. Сланцеватое – внешне однородная порода при ударе раскалывается на плитки (глинистый сланец). 10.Порода из растительных остатков (торф). 11.Из раковин морских животных (ракушечник). 12.Несцементированные обломки различной величины, формы и цвета находятся в несцементированном, сыпучем виде (галечник, гравий, песок). II Ттвердость - оставляет царапину на стекле (гранит); - не царапает стекло (глина). III Минеральный состав Для каждой горной породы характерна определенная группа основных минералов, присутствие которых в данной породе является обязательным. Отсутствие хотя бы одного из них приводит к изменению названия породы. Кроме основных встречаются и второстепенные минералы, присутствие которых не обязательно и не влияет на название породы. IV Окраска Обусловлена цветом входящих в горную породу минералов: - светлая (белая, светло-серая, желтоватая, розовая, красноватая); - тёмная (серая, темно-серая, зеленовато-серая, темно-зеленая, черная). V Плотность при определении пород по внешним признакам с большой точностью не определяется, достаточно сравнительного взвешивания на руке и разделения горных пород на три группы: - лёгкие (пемза); - породы среднего веса (гранит); - тяжёлые (базальт). 63 2.2 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Определение свойств горных пород по образцам учебной коллекции Таблица 9 - Свойства горных пород Свойства Горных пород Номер образца в коллекции и его характеристика 1) 2) 3) 4) Строение Твёрдость Минеральный состав Окраска Плотность (относит.) Дополнительные свойства ……………………... 64 5) 6) 7) 8) 9) 10) 3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 Изучение горных пород по образцам учебной коллекции 3.1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Исследование образцов учебной коллекции Целью данной лабораторной работы является применение студентами полученных знаний и навыков для определения горной породы по целому ряду свойств. Порядок работы: Образцы горных пород, предложенных для определения, разделить на группы по их строению (зернистое, порфировое, обломочное, оолитовое, плотное, землистое, пористое, зернисто-сланцеватое, сланцеватое, из растительных остатков, из раковин морских животных, из несцементированных обломков). Затем охарактеризовать образцы по степени их однородности. Выяснить, царапает ли образец стекло. Воспользовавшись ключом, найти номер страницы в данном учебном пособии, на которой приведено описание соответствующей горной породы. Ознакомиться с описанием свойств горной породы. 3.2 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Ключ к определению основных типов горных пород I СТРОЕНИЕ ЗЕРНИСТОЕ ОБРАЗЕЦ ОСТАВЛЯЕТ ЦАРАПИНУ НА СТЕКЛЕ СОСТАВ НЕОДНОРОДНЫЙ 1. Пёстрая, часто светлоокрашенная, в составе преобладает полевой шпат, ⅓−¼ составляют зёрна кварца.........................................................................стр. 37 2. Светлоокрашенная, вытянутые зёрна кварца «пронизывают» полевой шпат..............................................................................................................37 3. Пёстрая, светлая (тёмноокрашенных не более 15%), кварца нет.........................41 4. Светлая (темноцветных около 25%), средне- или мелкозернистая......................40 5. Пёстрая, тёмная, тяжёлая, кварца нет......................................................................42 6. Чёрная с буроватым оттенком, тяжёлая..................................................................43 65 СОСТАВ ОДНОРОДНЫЙ 1. Чёрная с буроватым оттенком, тусклая, шероховатая, часто пористая, звонкая, тонкозернистая..........................................................................................................42 2. Тёмно-зеленый до чёрного, тонкие осколки, острые края.....................................43 3. Чёрная, тяжёлая, средне- или крупнозернистая......................................................44 4. Чёрная с зеленоватым оттенком, тяжёлая, мелкозернистая или скрытокристаллическая........................................................................................................44 5. Крепкий, звонкий, мелко- и тонкозернистый, кислотостойкий............................58 ОБРАЗЕЦ НЕ ЦАРАПАЕТ СТЕКЛО 1. Равномернозернистая, поверхность зёрен блестящая, бурно реагирует с 10%-ной соляной кислотой……............................................................................58 2. Очень хрупкая, светлая, сильно растворима в воде, обладает ярко выраженным солёным вкусом..................................................................................51 3. Светлая, слабо растворяется в воде, остаётся царапина от ногтя.........................52 4. Светлая, слабо растворяется в воде, ноготь царапину не оставляет.....................52 5. Серая с разными оттенками, мелко- и среднезернистая, в порошке реагирует с 10%-ной HCl............................................................................................................53 II СТРОЕНИЕ ПОРФИРОВОЕ (в плотной массе разбросаны крупные зерна отдельных минералов) ОБРАЗЕЦ ОСТАВЛЯЕТ ЦАРАПИНУ НА СТЕКЛЕ 1. Светлая, плотная........................................................................................................38 2. Светлая, шероховатая на ощупь...............................................................................41 3. Тёмная пористая или плотная с вкрапленниками...................................................40 III СТРОЕНИЕ ОБЛОМОЧНОЕ (порода состоит из сцементированных обломков, состав разнообразный) 1. Крупные остроугольные обломки сцементированы в сплошную массу, пёстрая.......................................................................................................................45 2. Крупные окатанные обломки сцементированы в сплошную массу, пёстрая…46 3. Сцементированный песок, грубый на ощупь, окраска различная........................47 IV СТРОЕНИЕ ООЛИТОВОЕ (порода состоит из мелких сцементированных шариков, состав однородный) 66 V СТРОЕНИЕ ПЛОТНОЕ ОБРАЗЕЦ ОСТАВЛЯЕТ ЦАРАПИНУ НА СТЕКЛЕ 1. Многоцветная, декоративная, часто наблюдаются прожилки............................57 2. Стекловидный, излом раковистый.........................................................................39 ОБРАЗЕЦ НЕ ЦАРАПАЕТ СТЕКЛО 1. Мелко- и тонкозернистая, часто полосчатая, вскипает при воздействии HCl (10%).................................................................................................................52 2. Слоистая, издаёт запах глины, вскипает от HCl (10%), на поверхности остаётся грязное или белесое пятно......................................................................56 3. Тонкозернистая, запах глины, излом неровный....................................................51 4. Зелёная пятнистая, блеск восковой........................................................................ 59 5. Серая полосчатая, тонкозернистая, не размокает в воде......................................48 VI СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИСТОЕ (легко растирается на пальцах) 1. Белая, землистая, пачкает руки, бурно вскипает от HCl (10%)...........................54 2. Очень светлая, землистая, пачкает руки, лёгкая, жадно впитывает воду, кислотостойкая..........................................................................................................54 3. Серая, желтоватая, лёгкая, при увлажнении на поверхности растирается в грязь, с кислотой не реагирует...............................................................................55 4. Жирная на ощупь, пачкает руки, при увлажнении не размокает, а становится пластичной, при высыхании твердеет и растрескивается.................49 5. Лёгкая, сухая на ощупь, пачкает руки, в воде набухает и рассыпается в порошок...................................................................................................................50 6. Светло-бурый, желтый, при растирании на пальцах чувствуются песчинки, с водой дает пластичную массу................................................................................50 7. Светло-бурый, желтый, пылеватый. Вскипает с HCl (10%), с водой дает малопластичную массу, не разбухает, рассыпается..............................................48 VII СТРОЕНИЕ ПОРИСТОЕ, ЯЧЕИСТОЕ, НОЗДРЕВАТОЕ (порода лёгкая) 1. Очень легкая, шершавая, пенистая, однородная.....................................................39 2. На фоне пористой массы разбросаны обломки различной величины, формы и цвета, неоднородна.....................................................................................49 67 VIII СТРОЕНИЕ ЗЕРНИСТО-СЛАНЦЕВАТОЕ (чередование полос зернистого и сланцеватого строения) 1. Светлоокрашенная, пёстрая, царапает стекло........................................................59 2. Пластинки слюд скреплены кварцем......................................................................60 3. Зернисто-чешуйчатая, ярко-зелёная........................................................................61 IX СТРОЕНИЕ СЛАНЦЕВАТОЕ (однородный состав, легко раскалывается на плитки) 1. Лёгкая, горючая..........................................................................................................55 2. Тёмная, шелковистый блеск на поверхностях сланцеватости...............................60 3. Светлая, жирная на ощупь.........................................................................................60 X ПОРОДА СОСТОИТ ИЗ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОСТАТКОВ 1. Очень лёгкая, состоит из измененных растительных остатков, в сухом виде загорается от спички..................................................................................................36 XI ПОРОДА СОСТОИТ ИЗ РАКОВИН МОРСКИХ ЖИВОТНЫХ 1. Сцементированные раковины морских животных, бурно вскипает от HCl (10%)..............................................................................................................53 XII НЕСЦЕМЕНТИРОВАННЫЕ ОБЛОМКИ 1. Остроугольные обломки размером от кулака до лесного ореха и от ореха до горошины....................................................................................................................45 2. Окатанные обломки размером от кулака до лесного ореха и от ореха до горошины...................................................................................................................46 3. Обломки различного состава и цвета размером меньше пшена и от размера пшена до горошины, при увлажнении не становится пластичной, не пачкает руки..........................................................................................................46 4. Обломки различного состава и цвета размером меньше пшена и от размера пшена до горошины, при увлажнении становится немного пластичной, пачкает руки..........................................................................................51 5. Очень мелкие частицы различного состава и цвета...............................................48 68 3.3 Контрольные вопросы Образцы МГП учебной коллекции разделите на группы по месту образования. Образцы ОГП разделите на группы по способу образования. Образцы МетГП разделите в зависимости от проявления анизотропии. Образцы магматических пород из учебной коллекции разделите на группы по химическому составу. 5. Разделите магматические горные породы учебной коллекции по структуре на зернистые (крупно-, средне- и мелкозернистые), порфировидные (крупно-, средне- и мелкопорфировые), скрытокристаллические и стекловатые. Объясните связь структур пород с их генезисом. 6. Разделите магматические горные породы учебной коллекции по текстуре на массивные, пористые, пятнистые и полосчатые, флюидальные. Объясните связь текстур пород с их генезисом. 7. Продемонстрируйте различия в физических и химических свойствах глины, опоки, мергеля, трепела, алевролита, кварцита. 8. Продемонстрируйте различия в физических и химических свойствах опоки, трепела, мергеля, брекчии, конгломерата. 9. Продемонстрируйте различия в физических и химических свойствах габбро, диорита, диабаза, базальтового порфирита, аргиллита. 10.Продемонстрируйте различия в физических и химических свойствах трахита, кварцита, известняка, мрамора, опоки. 11. Продемонстрируйте различия в физических и химических свойствах туфа вулканического, глины, горючего сланца, конгломерата, липаритового порфира. 12.Продемонстрируйте различия в физических и химических свойствах гравия, галечника, щебня, дресвы, песка и песчаника. 13.Продемонстрируйте различия в физических и химических свойствах гранита, диорита, сиенита, гнейса, габбро. 14.Продемонстрируйте различия в физических и химических свойствах обсидиана, базальта, пироксенита, филлита, базальтового порфирита и аргиллита. 15.Продемонстрируйте различия в физических и химических свойствах алевролита, известняка, липарита, трахита, песчаника. 16.Продемонстрируйте различия в физических и химических свойствах опоки, трепела, мела, диатомита, глины, ракушечника. 17.Выберите из учебной коллекции горные породы, являющиеся ненадёжными основаниями сооружений, объясните выбор. 18.Продемонстрируйте химические реакции горных пород. 19.Выберите из учебной коллекции горные породы, которые используются в виде естественного строительного камня. 20. Выберите из учебной коллекции горные породы, служащие сырьём для получения искусственных строительных материалов. 1. 2. 3. 4. 69 Библиографический список Дополнительная литература 1. Ананьев В. П., Передельский Л. В. Инженерная геология и гидрогеология: Учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 1980. – 271 с. илл. 2. Ананьев В. П., Потапов А. Д. Инженерная геология: Учеб. для строит. спец. вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2000. – 511 с.: ил. 3. Белый Л. Д. Инженерная геология: Учебник для строит. спец. вузов. – М.: Высшая школа, 1985. – 231 с. 4. Кейльман Г. А., Болтыров В. Б. Основы геологии: Учебник для геологоразведочных техникумов. – М.: Недра, 1985. – 264 с., ил. 5. Короновский Н. В., Якушова А. Ф. Основы геологии: Учеб. Для географ. спец. вузов. – М.: Высшая школа, 1991. -416 с., ил. 6. Ларионов А. К., Ананьев В. П. Основы минералогии, петрографии и геологии. – 2-е изд. – М.: Высшая школа, 1969. – 464 с. 7. Логвиненко Н.В., Сергеева Э.И. Методы определения осадочных пород: Учебн. Пособие для вузов. - Л.: Недра, 1986. 240 с. 8. Ломтадзе В. Д. Инженерная геология: Учебник. – 2-е изд., перераб и доп. – М.: Недра, 1984. – 511 с. 9. Музафаров В.Г. Определитель минералов, горных пород и окаменелостей. – М.: Недра, 1979. – 327 с., ил. 10.Маслов Н. Н., Котов М.Ф. Инженерная геология: Учебник для вузов. – М.: Изд. литер. по стр-ву, 1971. 70 11.Пешковский Л. М., Перескокова Т. М. Инженерная геология: Учебник для вузов. 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1982. – 341 с., илл. 12. Рейтер Ф., Клингель К., Пашек Я. Инженерная геология. (Перевод с немецкого). - М.: Недра, 1963. 13.Сергеев Е. М. Инженерная геология: Учебник. – М.: Изд. МГУ, 1978. 14. Справочник по инженерной геологии. – 3-е изд., перераб. и доп./ Под ред. М. В. Чуринова. – М.: Недра, 1981. – 325 с. 15. Якушова А. Ф. и др. Общая геология: Учебник для вузов. – М.: Изд-во МГУ, 1988. – 448 с. 16. Соседков Э. С. Методические указания по изучению главнейших магматических горных пород по пород по образцам. – Тюмень: ТюмГАСА, 1999. 17. Соседков Э. С. Методические указания к изучению и описанию осадочных горных пород по образцам. – Тюмень: ТюмГАСА, 1999. 18. Соседков Э. С. Методические указания по изучению метаморфических горных пород по образцам. – Тюмень: ТюмГАСА, 1999. Интернет-ресурсы www.tgasu _ СТРОИН _ Кафедры _ СПОФ _ Студентам _ Геология. Презентации _ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ; МГП; ОГП; МетГП; ГОРНЫЕ ПОРОДЫ учебная коллекция 71 Лист 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. Порядок распечатки учебного пособия «Горные породы, как грунты и их свойства» 1-я сторона листа 2-я сторона листа Страницы 72 и 1 (титульный) Страницы 2 и 71 70 и 3 4 и 69 68 и 5 6 и 67 66 и 7 8 и 65 64 и 9 10 и 63 62 и 11 12 и 61 60 и 13 14 и 59 58 и 15 16 и 57 56 и 17 18 и 55 54 и 19 20 и 53 52 и 21 22 и 51 50 и 23 24 и 49 48 и 25 26 и 47 46 и 27 28 и 45 44 и 29 30 и 43 42 и 31 32 и 41 40 и 33 34 и 39 38 и 35 36 и 37 72
