 |
Генетическая классификация горных пород
|
|
|
|
Магматические и метаморфические горные породы составляют около 90 % земной коры, остальные 10 % приходятся на долю осадочных, однако последние занимают более 75 % площади земной поверхности.
Магматические (первичные) породы образовались в результате застывания и кристаллизации магмы – расплавленной массы преимущественно силикатного состава, образуют глубинах земной коры.
Магма зарождается на глубине от 200 км, температура расплава достигает 1300 °С. Если магма застывала в глубине земной коры, и охлаждение шло медленно и под большим давлением, то образовывались крупнокристаллические плотные горные породы, называемые глубинными (рисунок 8). К таким породам относятся граниты, сиениты, диориты, габбро, лабрадориты.
Граниты (от латинского granitum - зерно) - это наиболее распространенные из всех магматических пород (до 2/3 всех глубинных пород). Они состоят в основном из кварца, полевых шпатов и слюды. При большом количестве кварца граниты приобретают высокие твердость и хрупкость, а с увеличением содержания полевых шпатов становятся более вязкими, однако и более склонными к выветриванию. Цвет гранита зависит от количественного соотношения минералов и, прежде всего, определяется цветом полевых шпатов (от серого до красного разных оттенков). Граниты имеют высокую прочность при сжатии (120...250 МПа), а при растяжении - в 40...60 раз меньше. Средняя плотность гранитов составляет 2500...2800 кг/м³, пористость их не превышает 1,5 %, что обусловливает вода поглощение около 0,5 % и морозостойкость - более 200 циклов. Граниты хорошо обрабатываются (обтесываются, шлифуются, полируются), поэтому широко используются для облицовки зданий и сооружений. Из гранита изготовляют бортовые камни, ступени, а также щебень для высокопрочных бетонов. Долговечность гранита - 1000 и более лет. В Беларуси запасы гранита только месторождений Микашевичи и Ситницкое составляют более 580 млн м³.
|
|
|
Сиенит по внешнему виду и свойствам близок к гранитам (рисунок 8-б). Сиенит не содержит в своем составе кварца и поэтому легче подвергается обработке. Предел прочности при сжатии сиенита составляет 150... 180 МПа, а средняя плотность -2600...2800 кг/м³. Сиениты, содержащие небольшое количество кварца, называют граносиенитами. Применяют сиениты там же, где и гранит.
Диорит состоит в основном из полевого шпата и цветных минералов. Цвета диоритов - темно-серые, темно-зеленые до черных. Они характеризуются высокой прочностью при сжатии (180...300 МПа), большой средней плотностью (до 2900 кг/м³); отличительной особенностью диорита является высокая вязкость. Поэтому его целесообразно применять при воздействии ударных нагрузок, например в дорожном строительстве. Диориты с небольшим содержанием кварца называют гранодиоритами. Этот камень сочетает в себе прочность гранита и красоту мрамора.
а) б) в)
Рисунок 8.Глубинные породы: а) гранит; б) сиенит; в) диорит
Лабрадорит - порода из семейства габбро (рисунок 9). Основной составной частью является минерал Лабрадор, состоящий из натриевого и кальциевого полевых шпатов. Лабрадорит имеет серую и черную окраску с красивыми переливами в синих и зеленых тонах за счет иризации (отражения световых лучей от внутренних плоскостей спайности этого минерала), благодаря чему является ценным декоративным и облицовочным материалом.
Габбро - тяжелые породы с почти одинаковыми плотностью и средней плотностью (около 3100 кг/м3), прочностью при сжатии (200...280 МПа), отличающиеся высокой вязкостью, которая затрудняет их обработку. Это - весьма плотная, прочная и стойкая против выветривания горная порода. Структура - кристаллическая, крупнозернистая, цвет - серый, темно-зеленый до черного. Применяют для облицовки зданий, покрытия дорог и получения щебня.
|
|
|
а)
б)
Рисунок 9. Глубинные породы: а) лабрадорит; б) габбро
Если магма выливалась на поверхность земли, то образовывались так называемые излившиеся породы (рисунок 10). Из-за быстрого остывания магмы такие породы закристаллизовывались лишь частично или застывали в стеклообразном состоянии, что неблагоприятно отражалось на стойкости их к выветриванию и стабильности прочностных показателей. Такое строение называют порфировым - по аналогии с широко распространенными среди этой группы пород порфирами.
Порфиры характеризуются наличием в основной мелкозернистой массе вкраплений кварца, полевого шпата и цветных минералов. Наличие крупных вкрапленников повышает декоративные качества камня, но понижает атмосферостойкость. В строительстве применяют плотные и прочные разновидности: кварцевые порфиры и липариты, бескварцевые порфиры и трахиты, порфириты и андезиты, диабазы и базальты.
Из порфиров изготовляют облицовочные плиты, их используют в виде щебня или штучного камня в дорожном строительстве.
Кварцевые порфиры и липариты - это излившиеся аналоги гранитов. От гранитов они отличаются порфировой структурой с наличием в мелкозернистой или стекловатой массе породы вкрапленников - крупных кристаллов кислого полевого шпата и, реже, кварца. Кварцевые порфиры окрашены в красновато-бурые тона и являются плотными породами со средней плотностью 2400...2600 кг/м³ и прочностью при сжатии от 130 до 180 МПа (в зависимости от содержания кварца и вулканического стекла).
Бескварцевые порфиры и трахиты являются излившимися аналогами сиенитов. Трахиты - пористые и сильно шероховатые породы белой, серой или желтоватой окраски плотностью от 2200 до 2600 кг/м³, напоминающие пемзу. Высокая пористость трахитов способствует их быстрому выветриванию. Они менее прочны, быстро истираются и мало морозостойкие. Предел прочности при сжатии обеих пород невысок и составляет 60...70 МПа.
Базальты и диабазы - это излившиеся аналоги габбро, отличающиеся от него своими структурными и текстурными особенностями.
|
|
|
Базальты представляют собой черную плотную застывшую лаву, находящуюся в скрытокристаллическом или аморфном состоянии, с зернистым строением и стекловидной массой. Она заполняет промежутки между зернами различных размеров. Базальты являются твердыми и одновременно хрупкими трудно обрабатываемыми породами, их прочность варьируется в широких пределах - от 110 до 500 МПа - и в связи с большим содержанием стекла может резко падать; плотность и средняя плотность очень близки и составляют 3000...3300 кг/м³. Базальты являются хорошими кислотоупорными и электроизоляционными материалами и высоко ценятся как сырье для каменного литья. Литой камень базальтин используют для получения отделочных изделий, химической аппаратуры, отличающихся кислотоупорностью, высокой прочностью (до 800 МПа) и долговечностью.
Диабаз (в переводе с французского - дважды базальт) отличается высокой твердостью, вязкостью, долговечностью. Вследствие этого является хорошим материалом для устройства дорожных покрытий. Поскольку температура плавления базальта сравнительно невысока (1200... 1300 °С), его используют в качестве сырья для каменного литья. Прочность плавленого диабаза при этом возрастает в 2...2,5 раза.
Среди излившихся пород заметное место занимают вулканические стекла (почти безводный аморфный черный или красно-бурый обсидиан, мелкопористый светло-серый перлит и зеленоватый или бурый камень пехштейн), объединенные под общим техническим названием перлиты.
Перлит (в переводе с французского - жемчуг) - это природное вулканическое стекло, обогащенное водой. Содержание химически связанной воды в нем составляет от 1 до 12 %. При нагревании внешние части кусочков стекла размягчаются и вода, выделяющаяся из внутренних частиц, вспучивает внешнее размягченное стекло, создавая внутренние замкнутые поры. При вспучивании перлит увеличивается в объеме в 10... 12 раз и более. Плотность вспученного перлита составляет 80...600 кг/м³. Он используется в качестве теплоизоляционных засыпок и для изготовления теплоизоляционных изделий.
|
|
|
а) б) в)
г) д)
Рисунок 10.Излившиеся породы: а) липарит; б) трахит; в) базальт; г) диабаз; д) перлит (обсидиан)
При вулканических извержениях, когда магма насыщена газами, образуются излившиеся высокопористые легкие породы: пемза и вулканический туф (рисунок 11), плотность которых составляет 800... 1600 кг/м³.
Пемза образовалась при быстром охлаждении магмы и интенсивном выделении из нее газов, вспучивающих массу. Быстрое остывание вспученных кусков магмы привело к образованию стекловидной пористой породы плотностью400...600кг/м³, с малым пределом прочности при сжатии (от 1,5 до 6 МПа) и теплопроводностью 0,12...0,20 Вт/(м • К). В природе пемза встречается в виде обломков размером 5..50 мм. Она используется для производства теплоизоляционных засыпок, как заполнитель в легких бетонах и в качестве активной минеральной добавки к цементам.
Вулканический пепел - порошкообразные частицы вулканической лавы, состоящие в основном из аморфного кремнезема. Частицы размером 0,14...5 мм называют вулканическим песком. Он применяется в качестве активной минеральной добавки к цементам и как заполнитель для легких бетонов.
Вулканический туф - это пористая порода, состоящая из вулканического пепла, уплотненного и сцементированного. Степень уплотнения зависит от условий залегания. Он используется как стеновой материал в виде блоков, для облицовки стен зданий - в виде плит и как заполнитель в легких бетонах.
а) б)
Рисунок 11.Обломочные породы: а) вулканический туф; б) пемза
Осадочные породы образовались в результате разрушения горных пород (механические отложения) и биологического (органогенные породы) или химического (химические осадки) преобразования природного минерального сырья. Осадочные породы служат основаниями и средой для различных сооружений и повсеместно доступны в качестве строительных материалов. По условиям образования осадочные породы делятся на три группы: органогенные, обломочные и химические.
Породы обломочного (механического) происхождения являются продуктами механического разрушения каких-либо материнских пород и сложены преимущественно обломками устойчивых к выветриванию минералов и пород. Под действием природных факторов (вода, попеременное замораживание-оттаивание, нагрев и охлаждение, ветер, углекислый газ и др.) массивные горные породы разрушаются, образуя рыхлые механические отложения - глину, песок, гравий Так, при разрушении гранита сначала образуются сравнительно крупные камни, а затем, при дальнейшем разрушении - песок и глина.
Возможна природная цементация песка и гравия; в этом случае образуются песчаники и брекчии. Цементирующим веществом в них могут быть: углекислый кальций (карбонатные песчаники), оксиды железа (железистые песчаники) или гидроксид кремния (кремнистые песчаники), проникающие в песок вместе с подпочвенными водами.
|
|
|
Песчаники (сцементированные зерна кварца) применяют для устройства полов промышленных зданий, тротуаров и в качестве заполнителя для бетонов. Конгломераты (сцементированные зерна гравия) и брекчии (сцементированные зерна щебня) имеют плотность от 1500 до 2900 кг/м³, прочность от 5 до 160 МПа и применяются в основном в качестве заполнителя для бетонов.
Органогенные породы (рисунок 12) образуются в результате отложения отмерших организмов (ракушек, рачков и др.). К этим породам относятся широко распространенные в природе известняки, известняки-ракушечники, мел, состоящие в основном из карбоната кальция СаС 
. Реже встречаются породы, состоящие из аморфного кремнезема Si 
, - диатомиты и трепелы.
Известняк - одна из основных горных пород, используемых в строительстве. Плотность плотных известняков составляет 2000...2400 кг/м³, а известняков-ракушечников - менее 1800 кг/м³. Плотные известняки довольно прочные (Rсж = 20...50 МПа) и достаточно морозостойкие. Из них получают щебень для бетона. Благодаря светлой окраске (белой, светло-серой, желтоватой) известняки применяют для облицовки внутри зданий. Твердость известняков невелика, и они хорошо поддаются обработке. Из известняков выпиливают камни для кладки стен. Все виды известняков используются для получения основных вяжущих веществ - цемента и извести.
Мел состоит из мельчайших остатков раковин простейших организмов и отличается от известняков более пористой структурой. В Беларуси разведано 33 месторождения мела с общими запасами 238,8 млн т.
Мергель - это сцементированная механическая смесь глины (25...50 %) и известняка (25...75 %). Средняя их плотность составляет 1900...2500 кг/м3, а предел прочности при сжатии-60 МПа. Мергель используется как сырье для производства цемента. Запасами карбонатного сырья для производства цемента Беларусь обеспечена на длительную перспективу.
Диатомиты и трепелы образовались из панцирей диатомитовых водорослей с тонкой прочной кремниевой оболочкой. Это - белые или светлоокрашенные пористые породы плотностью 500... 1300 кг/м³ с большим содержанием кремнезема в аморфном состоянии. Они применяются в качестве активной минеральной добавки к цементам и как заполнители для бетонов.
а) б) в)
Рисунок 12. Органогенные отложения: а) трепел; б) диатомит; в) мергель
В результате химических процессов - растворения минеральных веществ и последующего выпадения твердых веществ из растворов - образовались химические осадочные горные породы (рисунок 13). Из таких осадочных пород в строительстве используют природный гипс, доломит, магнезит.
Гипс - плотная горная порода (средняя плотность - 2200 кг/м³, прочность при сжатии - 60...80 МПа). Он состоит из минерала того же названия - CaS04 • 2Н20. Основное применение - сырье для производства гипсовых вяжущих веществ.
Доломит - плотная горная порода, состоящая из минерала доломита СаСОз • MgC03. Он используется как облицовочный материал и заполнитель для бетона. В Беларуси на территории Витебской и Могилевской областей выявлено около 30 месторождений доломитов. Их общие разведанные запасы составляют 901879 тыс. т.
Магнезит состоит из минерала магнезита MgC03. Он имеет кристаллическое, а иногда и аморфное строение. Магнезит применяется для изготовления магнезиальных вяжущих и огнеупорных изделий.
а) б) в)
Рисунок 13. Химические осадочные породы: а) гипс; б) доломит; в) магнезит
Метаморфические горные породы образовались в результате видоизменения магматических или осадочных пород. Под воздействием давления, высокой температуры и водных минеральных растворов происходит перекристаллизация минералов без их плавления, изменяется структура породы (часто без изменения ее химического состава).
Видоизмененными горными породами являются гнейсы, кристаллические сланцы, кварциты, мраморы и др. (рисунок 14). Самые распространенные из них - гнейсы, образовавшиеся в результате видоизменений кварцево-полевошпатных горных пород, например гранитов. Средняя плотность составляет 2500...2600 кг/м³, предел прочности при сжатии - 129...300 МПа. Их применяют для изготовления облицовочных плит, бугового камня.
Кварциты образовались в результате перекристаллизации песчаников, содержащих 95...99 % кремнезема. Они хорошо сопротивляются сжатию (до 500 МПа). Кварциты - атмосфероустойчивые и плотные горные породы (средняя плотность -2800...3000 кг/м³), имеют высокую огнеупорность (до 1770 °С), кислото- и щелочестойкость. Кварциты с красивой и стабильной окраской применяют для облицовки зданий и других отделок.
Мрамор - перекристаллизованные известняки или доломиты. Название происходит от греческого marmaros - блестящий камень. К главным породообразующим минералам относятся кальцит и доломит. Породы плотные (средняя плотность -2600...2800 кг/м³) и прочные (предел прочности при сжатии - от 100 до 300 МПа), легко поддаются обработке, хорошо полируются. Их применяют для облицовки стен и лестниц. Для наружных облицовок мрамор не рекомендуется, так как разрушается атмосферной влагой, содержащей растворенные газы - углекислоту, сероводород.
а)
б)
Рисунок 14. Метаморфические породы: а) кварциты; б) мраморы
|
|
|
