Горные породы. Лекция 3

1. Лекция №3. Горные породы

2. Горные породы

• - это естественные минеральные агрегаты,
образованные в земной коре или на ее
поверхности в результате разных геологических
процессов.
• Каждой горной породе характерны известное
постоянство химического, минералогического
состава и структуры, определенные свойства и
особенности залегания в земной коре.

3.

• В настоящее время известно, что в
земной коре содержится около 1000
видов горных пород.
• Горные породы по составу могут
быть:
• мономинеральными (каменная
соль, гипс, мрамор) – состоят из
одного минерала
• полиминеральными (песок,
глина, гранит и др.) – состоят из
нескольких минералов

4. Классификация пород

Классификация пород
По происхождению горные породы подразделяются на три
группы:
• 1) магматические,
• 2)
осадочные,
• 3)
метаморфические породы.

5. Магматические (или изверженные) породы

• Образуются путем кристаллизации из магматических
расплавов.
• Магма – это флюидально-силикатный расплав.
Излившаяся на поверхность магма называется лавой.
• Подразделяются на 2 группы по способу остывания
магмы:
• Если остывание происходит в недрах Земли (в земной
коре) - интрузивные магматические породы;
• если на поверхности - эффузивные породы.
• Магматические породы преобразуются в осадочные и
метаморфические. Осадочные не преобразуются в
магматические.

6. Метаморфические породы

• образуются из магматических или
осадочных пород, когда они в
результате тектонических процессов
оказываются в земной коре и под
действием высоких температур,
давления, газов и паров воды, меняют
свой состав, структуру и свойства
(перекристаллизуются).

7. Осадочные горные породы

• образуются на поверхности Земли (на
суше и в воде) при обычных
температурах и давлениях
• путем механического или химического
осаждения продуктов разрушения
(экзогенными процессами) ранее
существовавших горных пород, а также
благодаря жизнедеятельности и
вымирания организмов;

8.

• Основная масса осадочных пород
образуется в морях и океанах.
• Пример - мощные пласты глинистых
отложений, известняки, пески, соли.
• Но осадконакопление идет и на суше.
• Например, мощные (до 100 м и более)
лессовые толщи

9.

• Классы горных пород резко отличаются
друг от друга следующими признаками:
• - условиями залегания,
• - химическим и минералогическим
составом,
• - структурой, т.е. особенностями
внутреннего строения,
• - текстурой – сложением породы в
пласте.

10. Магматические горные породы

11.

• Магматические породы делятся на
глубинные и излившиеся
• Глубинные (интрузивные) магматические
породы застывают на большой глубине при
больших давлениях и температурах. При
таком медленном остывании магмы сначала
происходит кристаллизация
высокотемпературных минералов, затем
низкотемпературных кристаллов. Образуются
полнокристаллические, массивные и плотные
породы. В глубинных породах размер зеренкристаллов достигает 1-5 мм и более.

12. Излившиеся (эффузивные) магматические породы

• остывают быстро, иногда с бурным
выделением газов.
• При этом образуются породы
мелкокристаллические и
порфировидные (с крупными зернами в
скрытокристаллической массе),
стекловатые (вулканическое стекло обсидиан), пористые (пемза).

13. Формы залегания

14.

• Глубинные горные породы залегают в виде батолитов, штоков,
лакколитов и т.д. :
• батолиты— самые крупные интрузивные тела, сложенные
гранитами и гранодиоритами. Куполовидная кровля батолита имеет
неровный рельеф, в плане имеет удлиненно-овальную форму,
протягивается на тысячи километров при ширине в несколько сот
километров;
• штоки — ответвления от батолитов — интрузивные тела, близкие к
цилиндрической форме, площадью не более 100 км2. В плане
имеют изометричные округлые или овальные очертания;
• лакколиты — куполообразные (грибообразные) интрузивные тела с
плоской подошвой и выпуклой кровлей и подводящим каналом,
возникшие при заполнении магмой трещин в земной коре, и др.
• Для излившихся горных пород характерными являются:
• купола — сводообразные формы; лавовые покровы,
образовавшиеся в результате растекания магмы на поверхности
Земли;
• потоки — вытянутые формы, возникшие в результате излияния
магмы из вулканов;
• покровы — связаны с трещинными извержениями, образующие
громадные площади при относительно малых мощностях.

15.

• Магматические породы
классифицируются не только по
условиям залегания (глубинные и
излившиеся),
• но по химико-минералогическому
составу, точнее, по кислотности
(содержанию кремнекислоты SiO2).

16.

Содержани
е
SiO2 %
Назва
ние
группы
по
количест
ву
SiO2
> 75
Улътра
кислые
75-65
Кислые
Название породы в соответствии с происхождением
их эффузивные аналоги
Интрузивные
палеотипные
Пегматиты
-
-
Полевой шпат (ортоклаз,
микроклин) - 74%, кварц - 26%,
слюда
Граниты
Липариты
(обсидианы, пемзы),
Кварцевые
порфиры
Щелочной полевой шпат-6065%, кварц -30-35%, слюда и
(или) роговая обманка (вместе
3-5%)
Трахиты,
Бескварцевые
порфиры
Щелочной полевой шпат-7580%, роговая обманка и (или)
слюда (вместе 25-20%)
Сиениты*
65-52
кайнотипные
Минералогический
состав
Средние
Диориты*
52-45
Основные
Габбро
< 45
Ультра
основные
Дуниты,
перидотиты,
пироксениты
Андезиты,
Средний плагиоклаз -75-80%,
роговая обманка и (или) слюда
- 25-20%
Базальты,
Основной плагиоклаз 50%(в
лабрадоритах около 100%),
оливин, пироксены (вместе
около 50%)
Меймечиты, пикриты
Диабазы
Оливин (±магнетит, хромит),
оливин и пироксены
(±шпинель), пироксены
(±рудные минералы)

17. Роль минералов в составе магматических пород

Кварц - один из наиболее устойчивых к выветриванию минералов.
Породы с большим и равномерным содержанием кварца и
мелкокристаллической структурой характеризуются весьма большой
стойкостью к выветриванию.
Слюды - способствуют физическому выветриванию пород. Под
влиянием колебаний температуры и периодического размораживания
породы, содержащие большое количество слюд, теряют связи и
расслаиваются.
Полевые шпаты - устойчивы в совершенно свежем состоянии.
Помутневшие и трещиноватые кристаллы быстро разрушаются.
Устойчивость зависит от характера минерала. Наиболее устойчивы
против выветривания ортоклаз и альбит, наименее - основные
плагиоклазы.
Нефелин - выветривается быстрее полевых шпатов, поэтому
нефелиновые породы менее стойки, чем полевошпатовые.
Роговая обманка и авгит – обладают сравнительно высокой
устойчивостью против выветривания даже при действии кислот,
образующихся при разложении пирита (в виде акцессорного
минерала), поэтому ультраосновные породы, сложенные, этими
минералами, характеризуются высокой стойкостью против действия
агентов выветривания.
Оливин - наиболее неустойчивый минерал, быстро подвергающийся
разложению под влиянием температуры и действия воды, особенно
содержащей серную кислоту.

18.

• Петрография –
основной метод
изучения
магматических пород
• Предварительное полевое
определение пород
уточняется затем с помощью
минералогопетрографического изучения
шлифов.
• Детальные исследования
основаны на использовании
комплекса современных
физико-химических методов
исследования пород, руд и
минералов.

19. Современные физико-химические методы анализа магматических пород и руд

• В настоящее время используются
многие физико-химические
методы исследования пород и руд:
• 1 - Рентгенофазовый анализ с
использованием дифрактометров
– для определения
минералогического состава пород
• 2 – Рентгенофлуоресцентный
анализ для определения
химического состава пород и руд
• 3 – Микрозондовый анализ для
определения химического состава
минералов и минеральных
включений
• 4 – Спектральный анализ для
определения микроэлементов и
многие другие методы.

20. Структура пород

• Структура — особенности внутреннего строения
породы, обусловленные размерами, формой и
количественным соотношением ее составных частей
(минералов). В магматических породах бывают
следующие структуры:
• 1) зернистые (полнокристаллические), типичные для
глубинных пород;
• 2) полукристаллические зернистые (совместное
нахождение аморфного стекла и кристаллов);
• 3) стекловатые, характерные для излившихся
пород.

21.

22.

Характеристика структур
Разновидности
Внешние
признаки
Явнокристаллич
еская
Зерна
минералов
хорошо видны,
масса
однородная
Порфировидная
Афонитовая
Наличие
относительно
крупных
кристаллов на
фоне более
мелких
кристаллов
Зерна не
различимы на
глаз
Порфировая
Видны хорошо
образованные
кристаллы порфировые
вкрапленники
погруженные в
плотную
афанитовую
массу (основную)
Состоит в
основном из
стекла, часто
отражающего
следы течения

23. Текстура

• Текстура (сложение) характеризует
расположение составных частей
породы в занимаемом ими
пространстве. Для магматических пород
свойственны текстуры однородные,
типичные для глубинных пород, и
неоднородные, свойственные всем
излившимся породам.

24.

Наименование структур и текстур магматических
пород различного генезиса
Группа
Структура
Текстура
Глубинные
Полнокристаллическая
(крупно- средне-,
мелкокристаллическая),
Массивная (однородная)
неравномернокристаллическ
ая (порфировидная)
Жильные
Полнокристаллическая
(пегматитовая)
Массивная, полосчатая
Излившиеся
Неполнокристаллическая
(порфировая), стекловатая
Пористая (ноздреватая),
микропористая,
миндалевидная,
пузыристая, флюидальная
Вулканогенные
Обломочная, стекловатая,
зернисто-угольная, пепловая
Пористая (пенистая,
туфовая, пузыристая)

25.

Столбчатая отдельность

26. Свойства магматических пород

• Основными показателями физикомеханических свойств этих пород являются:
• - плотность,
• - прочность на сжатие (временное
сопротивление сжатию),
• - деформационные характеристики,
• - водопоглощение,
• - трещиноватость.
• Их определение производят по ГОСТам.

27.

• Плотность пород зависит от плотности
минералов и пористости породы.
• В связи с тем, что плотность основных
породообразующих минералов (кварц,
полевые шпаты и др.) находится в
пределах 2,5-3,0 г/см3, то и плотность
магматических непористых пород
близка к значению 2,7 г/см3.

28. Граниты

• используются как облицовочный
камень, на бордюры, ступени, щебень,
волнорезы, так как имеют высокую
механическую и химическую стойкость
(Рсж=50-100 МПа).

29. Кварцевые порфиры

• имеют в мелкозернистой массе зерна
кварца, которые раскристаллизовались
раньше основной силикатной массы и,
их прочность на сжатие Рсж =100-150
МПа. Применение: строительные
материалы и облицовочный камень.

30.

• Вулканическое стекло (обсидиан темное стекло) идет на гидравлические
добавки.
• Пемза - пористая легкая (плотность <
1г/см3) порода применяется как
заполнитель для легких бетонов,
активных добавок к цементам, а также
для теплоизоляции.

31. Базальты

• - темные, черные, плотные, иногда пузырчатые.
• Структура мелкокристаллическая и
скрытокристаллическая.
• При порфировой структуре выделяются зерна
оливина и авгита как низкоплавких минералов.
Базальты очень прочная порода, Рсж=300-500
МПа.
• Базальты очень хороший строительный
материал, кислотоупорный, применяется в
каменно-литейной промышленности, получают
облицовочную плитку, лестничные марши с
прочностью сжатия Рсж = 1000 МПа.

32.

• Ультраосновные магматические породы
на поверхности земли легко
выветриваются, образуя тальк,
серпентин и другие минералы.
• С этими породами связаны
месторождения ценных полезных
ископаемых (платина, медь, хром,
титан, никель, кобальт, асбест, тальк).

33. Осадочные горные породы

34.

• Осадочные породы занимают верхнюю
часть литосферы.
• Это прерывистый чехол переменной
мощности, состоящий из разнообразных
пород, которые покрывают поверхность
континентов, дно океанов и морей.

35.

• Осадочные породы в земной коре
составляют около 5 %, но они
покрывают более 75 % поверхности
Земли.
• Поэтому строителям часто приходится
иметь дело с осадочными породами
(разнообразными грунтами).
• Мощность толщ осадочных пород
изменяется от нескольких метров до
нескольких километров.

36. Образование (литогенез) осадочных пород

• 1) образование исходных продуктов за счет разрушения
(выветривания) магматических, метаморфических и осадочных
пород. При выветривании первичных пород образуются новые
минералы, обломки пород, коллоидные и истинные растворы.
• 2) их перенос одним из трех геологических агентов – водой,
ветром или ледником.
• 3) отложение (накопление) переносимых осадков - седиментогенез.
Накопление осадочных пород обычно происходит в виде слоев,
прослоев или линз.
• Слоистость пород обусловлена сменой крупности или вещественного
состава материала, а также изменением цвета осадка при его
накоплении.
• 4) превращение осадков в осадочные породы - диагенез.
Формирование пород происходит в различных физико-химических
условиях, которые определяют все особенности пород как грунтов.

37. Особенности, отличающие осадочные породы от магматических и метаморфических:

• 1. Минералогический и химический состав, в котором
различают, кроме первичных магматических минералов, новые
вторичные минералы - соли (кальцит, гипс, галит) и глинистые
минералы (каолинит, монтмориллонит, гидрослюды). В
осадочных породах минералов больше, чем в магматических, и
изучать их труднее (малый размер частиц, коллоидное и
аморфное состояние вещества).
• 2. Структуры осадочных пород разнообразны и
определяются размером их частиц (зерен минералов, обломков
пород, агрегатов частиц) и характером их структурных связей.
• 3. Пористость - характерная особенность большинства
осадочных пород (кроме химических осадков). Объем пор
может быть очень большим: в глинах, суглинках, супесях,
лессах пористость Vn=40-60%, ил имеет пористость до 70-80%,
ракушечник – 30-40%, песчаник – 10-15%.

38.

• 4. Роль климата (климатическая
обусловленность осадконакопления)
выражается в формировании определенных
типов осадочных пород в разных
климатических зонах (пример –моренные
суглинки, лессовые породы, соли, латериты).
• 5. Присутствие органических остатков
(растений и скелетных частей организмов) во
многих осадочных породах позволяет
определить условия их образования.

39. Классификация осадочных пород

• Осадочные породы принято разделять на три
группы:
• 1) обломочные и глинистые,
• 2) химические (хемогенные) осадки и
• 3) органогенные, возникшие в результате
жизнедеятельности организмов.
• Такое деление условно, т.к. многие
осадочные породы имеют смешанное
происхождение (пример, известняки,
песчаники, мергели, угли).

40. Классификация обломочных пород

• основана на размере и форме их
частиц и обломков, с учетом их
плотности и состояния (рыхлости и
сцементрованности).

41.

42. Крупно (грубо-)обломочные породы

• состоят из угловатых (глыбы, щебень,
дресва) или окатанных (валуны, галька,
гравий) обломков различных пород.
• Грубообломочные осадочные породы
образуются в основном в горных районах, на
морских побережьях, в долинах рек, в
ледниковой морене.
• Окатанность и размер их обломков зависит
от способа и пути транспортировки
материала.

43.

• К обломочным осадочным породам
относят также пирокластические
породы – твердые продукты
извержения вулканов (вулканические
бомбы, песчаные и пылеватые
частицы).
• Оседая на поверхности земли, они
образуют сцементированные породы –
пепел и туф.

44. Песчаные породы

• – рыхлые, сыпучие отложения с размером частиц
0,05-2,0 мм, принесенные водой или ветром.
• Различают:
• морские,
• озерные,
• речные,
• эоловые (ветровые) пески.
• В песках преобладают прочные минералы,
устойчивые к выветриванию - кварц, полевые шпаты,
слюды.

45.

• Пески могут быть мономинеральные и
рудные.
• Пески состоят из частиц размером 0,052,0 мм.
• По крупности частиц пески делятся на:
• крупные (0,5-2,0 мм),
• средние (0,25-0,5 мм),
• мелкие (0,1-0,25 мм) и
• пылеватые (менее 0,1 мм).

46. Глинистые породы

• составляют около 50% объема
осадочных пород и чаще всего служат
основаниями зданий и сооружений.
• Они делятся по размеру частиц
(гранулометрическому составу) на:
• супеси,
• суглинки и
• глины

47.

• Основные свойства глинистых пород
определяется содержанием глинистых
частиц размером менее 5 мк:
• пластичность,
• набухание,
• усадка,
• водопроницаемость и т. д.

48.

• В глинистых грунтах не всегда
преобладают глинистые частицы, в
супесях и суглинках могут преобладать и
пылеватые частицы размером 0,050,005 мм, представленные тонко
раздробленным кварцем (до состояния
пыли), полевыми шпатами, карбонатами.
• Глинистые частицы образуются не в
результате дробления пород, а в
процессе сложных химических реакций
на уровне коллоидных и истинных
растворов.

49. Лессовые породы

• - относятся к наиболее
распространенным отложениям,
занимают около 75 % площади степной
зоны.
• Это, в первую очередь, покровные
суглинки, характеризуемые
следующими признаками:

50.

- цвет палево-серый и буровато-серый,
- отсутствие слоистости, высокая однородность,
- на ощупь мягкие и мучнистые, пылеватые, легко растираемые пальцами
рук, иногда с ощущением тонкого песка,
- высокая пористость (до 50 и более %), часто макропористые с видимыми
порами-канальцами до 1 мм,
- маловлажные, почти сухие и поэтому находящиеся в твердом состоянии,
способные сохранять отвесные откосы в котлованах и вертикальные
обрывы по берегам рек,
- содержат горизонты ископаемых (погребенных) гумусированных почв
толщиной 0,5-1.5 и более м, которые можно часто видеть в береговых
обрывах рек и глубоких котлованах,
- вскипают от соляной кислоты, т.к. содержат около 10 % CaCO3
(карбонатов),
- содержание легкорастворимых солей до 2 % от массы породы (до 30 кг в 1
м3 грунта), что при орошении и подъеме грунтовых вод приводит к
засолению почв,
- быстро размокают и легко размываются, вызывая мутность степных рек,
- при замачивании котлованов и под фундаментами зданий могут давать
дополнительную осадку, называемую просадкой.

51. Лессовидные суглинки

52. Сцементированные осадочные породы

• образуются за счет цементации рыхлых
осадочных пород каким-либо природным
цементом –
• кремнеземом SiO2nН2О,
• карбонатами СаСО3,
• гидроокислами железа F2O3nH2O,
• глинистыми частицами.
• Наиболее прочным является кремнеземистый
(кварцевый) цемент, наименее слабым –
глинистый (слабоводостойкий) тип цемента.

53.

• Прочность сцементированных
осадочных пород определяется
прочностью структурных связей, а не
прочностью минеральных зерен
породы.
• Песчаник, сцементированный
кремнеземом, очень прочный и стойкий
к выветриванию грунт, приближается к
магматическим породам.

54.

Алевролит (алеврос - пыль) – плотный, сцементированный суглинок,
не размокающий в воде.
Аргиллит – плотная, сцементированная камнеподобная глина, не
размокающая в воде. Но прочный вид алевролитов и аргиллитов
обманчив, они могут легко разрушаться (выветриваться) в
поверхностных условиях при воздействии атмосферных осадков,
промерзания и оттаивания, набухания и усадки, химического
разрушения минералов.
Мергель – серая порода морского или озерного происхождения,
состоящая из смеси карбонатов (25-30%) и глинистых минералов. При
большем содержании CaCO3 породу называют мергелистый
известняк, а при меньшем – глинистый мергель. Структура –
тонкозернистая. Залегает толщами (Железноводск), в свежем состоянии
– полускальный грунт с прочностью на сжатие до Рсж=60 МПа. Но в
поверхностных условиях мергели быстро выветриваются до состояния
щебенки. Мергель бурно вскипает от капли соляной кислоты с
образованием на поверхности пятна глины. Могут быть более крепкие
доломитизированные и кремнистые мергели. Мергель - ценное сырье
для цементной промышленности.

55. Хемогенные осадочные породы

• – это химические осадки, выпавшие из
морской воды усыхающих заливов
(бассейнов) и из подземных соленых
вод.
• Осаждение солей начинается с
труднорастворимых карбонатов, затем
идет среднерастворимый гипс и в конце
выпадают в осадок легкорастворимые
соли (хлориды и сульфаты натрия и
магния).

56. Органогенные породы

• образуются в результате накопления
остатков животных и растений.
• Основную массу известнякаракушечника составляют остатки
карбонатных ракушек.
• Мел образовался из фораминифер
планктона размером пылеватой
фракции.

57.

• Диатомит – слабо сцементированная,
пористая, светло-серая, похожая на мел, порода
с хорошо сохранившимися микроскопическими
кремнистыми скелетами диатомей.
• Трепел – очень пористая, легкая порода
плотностью 0,25-1,0 г/см3, схожая с диатомитом.
• Опока – более плотная, похожая на мергель, но
водоустойчивая порода, состоящая из
микроскопических кремнистых игл-спикул
иглокожих морских и озерных водорослей.
• Фитогенные породы образуются из
растительных остатков. Типичным их
представителем является торф, образующийся
в болотных условиях без доступа кислорода.

58. Метаморфические горные породы

59. Метаморфизм

• интенсивно этот процесс протекает с глубины 6-8 км.
• Зону земной коры, где происходит
метаморфический процесс, называют поясом
метаморфизации.
• Метаморфические горные породы образуются
в глубинных зонах земной коры в процессе
изменения (метаморфизма) магматических и
осадочных горных пород (исходных) под
действием высокой температуры (от 200-500 до
1200 °С), давления (200-1200 Мпа) и химически
активных веществ (газов и паров), выделяющихся из
магмы.

60. Виды метаморфизма

• 1) на огромных площадях при погружении целых
регионов земной коры в зоны высоких температур и
давлений (региональный метаморфизм);
• 2) при контакте пород с раскаленными интрузивными
телами (контактовый метаморфизм);
• 3) под воздействием огромных давлений, возникающих
в процессе горообразования (динамометаморфизм).

61.

• Метаморфические породы можно разделить на две
группы, исходя из того, какие осадочные или
магматические породы подвергаются метаморфизму:
• 1) парапороды, она образовалась из первичноосадочных пород.
• Например, из карбонатных пород получаются мраморы,
из песчаников - кварциты, из глин - филлиты и др.:
• 2) ортопороды. сформировалась из первичномагматических пород, например, метабазиты - из
базальтов.

62.

• Структура метаморфических пород полнокристаллическая.
• Текстура — сланцеватая, полосчатая,
массивная.
• Сланцеватая текстура характеризуется
пластинчатой либо удлиненной формой
зерен минералов, располагающихся взаимно
параллельно.
• Для массивной текстуры типично
равномерное пространственное
расположение зерен без выраженной
полосчатости, сланцеватости и т. д.

63.

• Формы залегания метаморфических пород в
основном определяются формой тех исходных
пород, из которых они образовались.
• Классификация метаморфических пород
основана на структурно-минеральных признаках и
минеральном составе.
• В связи с этим различают породы:
• массивные (зернистые) — кварцит, мрамор и
др.;
• сланцеватые, полосчатые — гнейс и
кристаллические сланцы.

64. Мрамор

• Текстура —
массивная.
• Для массивной
текстуры типично
равномерное
пространственно
е расположение
зерен без
выраженной
полосчатости,
сланцеватости и т.д.

65. Гнейс

• Текстура полосчатая,
• Полосчатая
текстура
характеризуется
полосчатой либо
удлиненной формой
зерен минералов,
располагающихся
взаимно параллельно.

66. Гнейс

• Текстура сланцеватая, в каждом слое с
полосчатостью.

67. Сланец тальковый

• Текстура сланцеватая

68. Кварцит