Важнейшие характеристики горных пород и грунтов

Петрография – наука о горных породах, их составе, строении, происхождении и формах залегания. Горные породы представляют собой более высокий уровень организации вещества земной коры. Они состоят из определенной ассоциации (набора) минералов –минеральных агрегатов (или естественных сростков), имеют конкретное строение и залегают в земной коре в виде самостоятельных(геологических) тел. Каждая горная порода образовалась в результате какого-либо геологического процесса, современного или древнего. Все характерные свойства горных пород зависят именно от условий их образования – генезиса. Иными словами процессы формирования горных пород как бы фотографируются в их строении и минеральном составе.

Первое что бросается в глаза при рассмотрении горных пород – цвет породы, зависящий от цвета породообразующих минералов. По цвету и спайности минералов надо постараться разглядеть в горной породе размер и форму индивидов, то есть определить структуру или строение горной породы.

Исходя из общего понимания термина «строение» как взаиморасположение составных частей чего-либо, в геологии данный термин используется как минимум в трех основных смыслах, характеризуя геологические объекты разных уровней:

1 – на уровне минералов –внутреннее кристаллическое (упорядоченное расположение ионов, атомов или молекул) или аморфное их строение;

2 – на уровне горных пород – характеристика горных пород и грунтов, описывающая особенности их структур и текстур;

3– на более высоком уровне земной коры – особенности геологического строения различных участков земной коры или их геологические структуры.

Под структуройгорной породы понимают совокупность признаков, выраженныхв абсолютных и относительных размерах и формах минеральных индивидов, особенностях их срастания между собой. На первый взгляд следует оценить степень кристалличности горной породы, наличие в ней видимых на глаз зерна минералов или же их отсутствие. В породах полнокристаллическойструктуры масса породы сложена видимыми на глаз минеральными индивидами (кристаллами). В зависимости от размера и формы минеральных индивидов подразделяютсяструктуры на основные виды(табл. 8).Термин зернистая структураиспользует обычно при описании осадочных пород.

В петрографии и литологии для каждых классов, групп и даже видов пород используются свои специфические термины структур. Например, полнокристаллическую структуру по форме индивидов геологи подразделяют на идиоморфнокристаллическую (индивиды минералов относительно правильной и характерной формы) и ксеноморфнокристаллическую (индивиды неправильной произвольной формы); по форме минералов метаморфические породы – на гранобластовые (изометричныезерна минералов), лепидобластовые (с преобладанием минералов чешуйчатой морфологии) и многие другие. То есть в специальной литературе для многих горных пород используются специфические термины, которые обозначают особенности их строения и образования.

Таблица 7

Характеристика важнейших магматических горных пород (МГП) и грунтов

Выполнил                                                                                  Проверил

Таблица 8

Основные виды структур магматических пород

В целом, для строителей следует научиться отличать полнокристаллическую структуру от скрытокристаллической структуры, а также некоторые важнейшие виды структур.В породах порфировой и порфировидной структуркрупные вкрапленники минералов – порфировые выделения, кристаллизуются из магмы или растворов, осадков первыми и растут с большей скоростью.

Общий вид строения горной породы, выраженный в форме, размерах, минеральном составе, структуре, способах сочетания ее минеральных агрегатов, называется текстурой. Выделяются следующие основные текстуры:

–плотные или массивные - минеральные агрегаты располагаются очень плотно и относительно равномерно, без видимых неоднородностей;

–неоднородные плотные – слоистые (для осадочных) и полосчатые (для магматических и особенно метаморфических) – минеральные агрегаты располагаются в виде полос, отличающихся цветом (соответственно минеральным составом) или размером индивидов (соответственно структурой);

–сланцеватые – характерные только для метаморфических пород и выражающиеся в том, что породы раскалываются на тонкие плиточки, поскольку состоят преимущественно из чешуйчатых или вытянутых минералов, ориентированных длинной стороной параллельно друг другу;

– пористые или пузырчатые –видны пузыри невооруженным глазом, а тонкие поры размером до 2 – 3 мм можно определить по тому, что порода впитывает воду (прилипает к языку), или более легкая, чем ее плотный аналог;

–органогенные– в породе видны окаменелые остатки древних организмов, как правило, морских, поскольку только при накоплении осадков в океанах происходит естественное захоронение (погребение) вымерших организмов;

–брекчированная– в породе видны обломки одних пород, которые сцементированы другим минеральным агрегатом в виде мелкозернистого карбонатного или глинистого, или кремнистого цемента, образованного при цементации рыхлого осадка (при диагенезе) либо при дроблении пород вдоль разломов во время землетрясений (в метаморфических породах);

–прожилковая –порода состоит из обломков породы, сцементированной кристаллическими агрегатами обычно кварца или кальцита в виде разно ориентированных полос – прежних трещин и пустот.

Кроме перечисленных выделяется множество других текстур и структур в зависимости от внешнего виды и генезиса пород. Студентам важно научиться различать наиболее важные и распространенные структуры и текстуры. Обратите внимание на то, что принятые в петрографии понятия «текстура» и «структура» близки понятию «морфология минерального агрегата» в минералогии.

В явнокристаллических горных породах можно относительно легко по физико-диагностическим свойствам определить важнейшие породообразующие минералы и их примерно процентное отношение (рис. 2), т.е. минеральный состав породы. Кроме цвета, блеска необходимо проверить твердость, спайность и другие особые свойства у каждого минерального вида горной породы. Обычно в породе преобладают один – это в мономинеральных породах, либо два – три – в полиминеральных породах, породообразующих минерала. Учитывая соотношение минералов и их химический состав, принадлежность к кристаллохимическому классу, делается вывод и о химическом составе породы. В земной

Рис. 2. Трафареты для визуального определения процентного содержания минералов

коре наиболее распространены силикатные (преобладают минералы класса силикаты), кремнистые (преобладает кварц и его разновидности), карбонатные (преобладают минералы класса карбонаты), сульфатные (преобладают минералы класса сульфаты), глинистые породы.

 Другими очень важными характеристиками горных пород являются формы их залегания: первичные или вторичные, а также возраст пород. Формы залегания можно увидеть только в земной коре, на полевой практике, при бурении или проходки канав. Их нужно обязательно учитывать при проведении строительных работ (рис. 3). Они изучаются в таких разделах, как структурная геология, геологическое картирование и тектоника и частично рассматриваются на лекциях, на других практических работах и самостоятельно. Ниже будет изучен также возраст пород.

Рис. 3. Формы залегания магматических интрузивных горных пород: 1 – силл; 2 – лакколит; 3 – лополит; 4 – факолит; 5 – дайка; 6 – некк; 7 – коническая интрузия; 8 – хонолит; 9 – батолит; 10 – шток

Таким образом, на практических занятиях сначала студенты определяют названия горных пород по следующим характеристикам: структуре, текстуре, минеральному составу и цвету, химическому составу и некоторым другим особым свойствам. При описании пород в таблицах следует обращать внимание (заполнить колонки таблицы) на формы залегания, распространение в земной коре и на территории Челябинской области [10], возраст и оценку горных пород как грунтов, поскольку эти характеристики являются важными дляоценки инженерно-геологических условий участков строительства.

Грунты – горные породы, в пределах которых строители планируют и осуществляют свою инженерную деятельность и соответственно оценивают их по физико-механическим инженерно-геологическим: прочность, сжимаемость, устойчивость к выветриванию, и другим свойствам, состоянию и т.д. Свойства грунтов зависят, во-первых, от свойств горных пород, от «прочности» связи между минеральными зернами и особенностей их генезиса (табл. 9), а, во-вторых, от внешних условий: влажности, температуры и прочих. Грунтыизу-

Таблица 9

Разделение горных пород как грунтов по характеру структурных связей

^* Название грунтов согласно ГОСТ 25100-2011

чаются в разделе «Основы грунтоведения» и более подробно в курсе «Механика грунтов». Классификация грунтов дается в ГОСТ 25100-2011 (табл. 10).