Горные породы и их свойства.
По происхождению (генезису) горные породы подразделяют натрибольшие группы, которые в свою очередь делят на подгруппы по условиям происхождения согласно следующей таблицы:
Таблица 2. 1.
№№ п/п | Группы | Подгруппы |
1. | Изверженные (магматические) породы | а) глубинные б) излившиеся |
2. | Осадочные породы | а) обломочные (рыхлые, сцементированные) б) органогенные в) химические |
3. | Метаморфические породы | А) сланцеватые Б) несланцеватые |
Многие горные породышироко применяют в качестве строительных материалов. Они также используются в качестве естественных оснований зданий и сооружений.
Горные породы поверхностной толщи земной коры, находящиеся в сфере инженерного воздействия наних, в практике получилиназвание г р у н т о в.
Изверженные и метаморфические горные породы занимают основное место - 95% от общей массы земной коры. На поверхности Земли наибольшее распространение имеют осадочные породы.
2.5.1. Магматические горные породы.
Изверженные (магматические) горные породы образовались путем застывания расплавленноймагмы. Она образуется в глубоких недрах земной коры и представляет собой расплавленную сложную по составу силикатную массу, насыщенную различными газообразными веществами. В составемагмы содержится от 80 до 85% кремнезёма ( SiO2 ).
По трещинам в земной коре магма поднимается в поверхностные толщиили же изливается на дневную поверхность. Если магма не в состоянии прорвать поверхностные толщи и медленно охлаждается, не достигнув земной поверхности, то в этом случае образуются глубинные (интрузивные) породы.
Таковы, например, граниты, сиениты и диориты. Еслиже магма изливается на поверхность Земли в виде лавы, то она сравнительно быстро охлаждается
|
Рис. 2. 3. Схема образования
изверженных горных пород:
а–глубинные ; б-излившиеся.
Земли. Это происходит при низком давлении и температуре, при быстрой отдаче тепла и газовых компонентов. При таких условиях кристаллизации возникают породы с обилием аморфного стекла, часто с больной пористость, например, базальт, пемза. Излившиеся породы, образовавшиеся в палеозойскую эру и раньше, называют древними, а в более позднее время - молодыми.
В состав магматических пород входит большое число минералов. Основное место занимают полевые шпаты, амфиболы, пироксены, кварц и слюды. Это первичные минералы, образовавшиеся в процессе кристаллизации магмы. Кроме того, в магматических породах, особенно в наиболее древних, могут присутствовать вторичные минералы (карбонаты, глинистые минералы), которые возникли из первичных минералов в процессе выветривания. Их количество может служить показателем степени выветрелости пород. Выветрелость может быть очень значительной, например, вплоть до превращения гранита в "гнилой камень".
Свойства пород зависят от особенностей их внутреннего строения и сложения в массиве, В связи с этим возникает необходимость изучения их структуры и текстуры.
Под структурой подразумевают особенности внутреннего строения породы, обусловленные размерами, формой и количественнымсоотношением ее составных частей – минералов. В магматическихпородахпо степени их кристаллизации различают:
- зернистые (полнокристаллические) структуры, типичные для глубинных пород;
- полукристаллические структуры (совместное нахождение кристаллов и аморфного стекла);
- стекловатые, типичные для излившихся пород.
По величине кристаллов структуры делят на:
- крупнозернистые - более 5 мм;
- среднезернистые – 5-1 мм;
- мелкозернистые - менее I мм.
Текстура (сложение) характеризует пространственное расположение составных частей порода в ее объеме. Для магматических пород характерны следующие текстуры:
- массивная текстура - равномерное плотное расположение зерен минералов;
- полосчатая текстура - чередование в породе участков различного минерального состава или различной структуры;
- шлаковая текстура - порода содержит видимыеглазом пустоты.
Остывание магмы сопровождается некоторым уменьшением ее объема и появлением в породах тончайших трещин. Этими трещинами масса породы разделяется на отдельности разнообразной формы. Взависимости от системы расположения трещин возникают:
- столбчатаяотдельность (базальт);
- глыбовая (гранит);
- шаровая (диабаз) ит.д.
Строительные свойства невыветрелых магматических пород высокие. Это объясняется минеральным составом и жесткими кристаллизационными связями в структурах. Наибольшей прочностью отмечаются мелкозернистые и равномерно-зернистые структуры. Менее прочны крупнозернистые, порфировые, стекловатые породы. При оценке качествамагматических пород следует отдавать предпочтение массивной текстуре.
Магматические породы являются наиболее надежным основанием сооружений. На оценку их надежности влияют степень выветрелости, наличие трещиноватости, форма залегания, структурно-текстурные особенности и другие характеристики.
2.5.2. Осадочные горные породы.
Осадочные горние породы образуется в результате разрушенияранеесуществовавших на поверхностиЗемля горных пород и последующегоотложения и накопления продуктов разрушения в виде пластов.
Осадочные породы, в зависимости от происхождения, резко отличаются друг от друга. Поэтому,их принято подразделять на четыре группы:
1. Обломочные породы, образующиеся при механическом разрушении любых пород и накоплении обломков на месте или после переноса водой, ветром, силой тяжести.
2. Глинистые породы, в образовании которыхпринимали участие механическое разрушение, химическая и физическая переработки, а также процессы осаждения вещества из водныхвзвесей.
3. Химические осадки, выпадающие из растворов или образовавшиеся на суше при химическом выветривании.
4. Органогенные осадочные порода, обязанные своим происхождением жизнедеятельности организмов.
Осадочные породы слагают самые верхние слои земной коры, покрывая своеобразным чехлом породы магматического и метаморфического происхождения. Несмотря на то, что осадочные породы составляют всего 5% земной коры,земная поверхность на 75% своей площади покрыта толькоэтими породами. В связи с этим строительство ведется, в основном, на осадочных породах, т.е. они служат основанием зданий и сооружений и широко используются как строительные материалы. Поэтому,им уделяется большое внимание в инженерной геологии. Мощность толщи осадочных пород колеблется в очень широких пределах - от нескольких сантиметров до 10-12км и более.
Осадочные породы в силу специфичностиусловий образования приобретает ряд особенностей, которыеих существенно отличают от магматических и метаморфических. Это проявляется в минералогическоми химическом составе, структуре, слоистости, пористости,в содержании органических остатков.
В образовании осадочных пород, кроме минералов первичного происхождения, т.е.тех, из которых формировался рыхлый осадок (кварц, полевые шпаты, слюды и др.), принимают участие минералы вторичные, т.е. возникшие в данной породе в процессеее существования. Во многих случаях вторичные минералы играют главную роль, например, в глинистых породах.
Осадочные породы являются самыми разнообразными похимическому составу.
Структура осадочных пород весьма разнообразна. Почти каждый тип породы имеет свою присущую только ему структуру. Для обломочных пород характерны обломочные структуры, длясцементированных - брекчиевидные и т.д.
Слоистость. Осадочные породы залегают в виде слоев или пластов. Отдельныеслои отличаются друг от друга окраской, составом и свойствами. Все это является следствием специфических условий накопления осадочного материала в воздушной и водной среде.
Пористость . Типичное свойствовсех осадочных пород, за исключениемхимических осадков, которые нередко обладают высокой плотностью. Поры бываютмелкие, крупные и в виде каверн. Общая величина пористости в осадочных породах может быть оченьвелика: ил – 70 – 80%; глины и суглинки – 40–50%; пески – 30 – 40%; известняки-ракушечники – 30 – 40%; песчаники – 10 – 15% и т.д. Это показывает, что значительная часть объема осадочных пород может быть занята водой, газом илиорганическим материалом, например нефтью.
Климатические условия накладывают определенный отпечаток на состав и свойства осадочных пород. В пустынях отлагаются породы обломочного характера, в замкнутых морских бассейнах накапливаются отложения солей и т.д. Окраска осадочных пород разнообразна и в известной мере зависит от климата. Например, породам тропиков и субтропиков свойственна красноватая окраска, холодному сырому климату - светло-серые тона и т.д.
2.5.3. Метаморфические горные породы.
Под метаморфизмом горных пород принято понимать совокупность процессов в недрах земли, приводящих к кореннымизменениям горных пород, к превращению их в новые породы в результате длительного действия на них большого давления, высокой температуры, горячих газов и паров.
Метаморфизму (изменению) при указанных выше условиях подвергаются все горные породы - осадочные, изверженные и метаморфические.
Под влиянием больших давлений на глубине происходит образование новых минералов, а также изменяется сложение горных пород. В известных случаях породы приобретают, так называемое, сланцеватое сложение, характеризуемое тем, что зерна минералов приобретают вытянутую или сплющенную форму в виде тонких лент.
В зависимости от преобладания той или иной обстановки, обусловливающей коренные изменения в горных породах, различают следующие типы метаморфизма:
1. Контактовый;
2. Дислокационный ( динамометаморфизм );
3. Региональный.
Контактовый метаморфизм непосредственно связан с внедрениеммагмыв земную кору. При этом благодаря высокой температуре внедрившегося магматического расплава идут процессы перекристаллизацииминералов, входящих в состав горных пород. Горные породы также испытывают сильное воздействие газов и паров воды, что усиливает коренное изменение химического состава соприкасавшихся пород.
Дислокационный метаморфизм связан с тектоническими движениямиземнойкоры, вызывающими складкообразование и изменение горных пород под влиянием сильного одностороннего давления.
Региональный метаморфизм, в отличие от контактового и дислокационного, носящих местный характер, проявляется в глубоких слоях на огромных площадях и захватывает самые разнообразные горные породы.
Следует подчеркнуть, что минеральный состав конечных продуктов метаморфизма в известной мере зависит от минерального состава исходной породы. Например, из известняка гнейс образоваться не может.
В процессе движения земной коры метаморфические породы поднимаются на дневную поверхность, они является хорошим скальным основанием для зданий и сооружений. При строительстве подземных сооружений сланцеватость оказывает неблагоприятное действие, так как по плоскостям сланцеватости возможны обвалы и обрушения, особенно кровли горизонтальных подземных выработок.
2.5.4. Геологическая хронология.
По современным представлениям со времени сформирования Земли прошло около 5 млрд. лет. Развитие начальных белковых веществ в течение длительного времени привело к образованию разнообразных животных и растительных форм. С этого этапа развития Земли начинается ее геологическая история, изучение которой становится возможным для нас благодаря наличию в толщах осадочных пород ископаемых растений и животных. Эти остатки сохранились до наших дней в виде окаменелостей. Они являются убедительными документами, свидетельствующими о развитии жизни на Земле и ее сложной геологической истории.
Геологическое летоисчисление , т.е. определение возраста горных пород или организмов, ранее существовавших на Земле, может быть абсолютным и относительным, в зависимости от того, определяется ли возраст в годах или в условных отрезках времени.
Абсолютный возраст выражается в годах, т.е. определяется, сколько лет прошло с момента образования породы. Он определяется путем учета количества гелия или свинца, выделяющихся в результате распада радиоактивных элементов. Так как скорость распада постоянна, то, зная количество гелия или свинца в минералах, можно определить время, прошедшее с момента их образования.
Относительный возраст позволяет определять возраст пород относительно друг друга, т.е. устанавливать, какие породы древнее, какие моложе. Для определения относительного возраста используют два метода: стратиграфический и палеонтологический.
Стратиграфический метод применяют для толщ с ненарушенным горизонтальным залеганием слоев. При этом считают, что нижележащие слои (породы) являются более древними, чем вышележащие. Из рис. 2 .4.- а видно, что самым молодым является верхний слой 3, самым древним - нижний I. Это метод мало применим при залегании слоев в виде складок (рис. 2. 4.- 6).
Рис.2.4. Виды залегания слоев: а – горизонтальное залегание; б – в виде складок.
Палеонтологический метод позволяет определять возраст осадочных пород по отношению друг к другу независимо от характера залегания слоев и сопоставлять возраст пород, залегающих на различных участках. В основу метода положена история развития органической жизни на Земле. Развитие органического мира, как известно, происходило от простых организмов к более сложным. Сравнивая органические остатки, найденные в горных породах, можно установить более древние и молодые горные породы.
2.5.5. Шкала геологического времени.
В результате изучения строения земной коры и истории развития жизни появилась возможность разделить всю геологическую историю на ряд отрезков времени и составить по данным абсолютного и относительного возраста шкалу геологического времени - геохронологическую шкалу (см. таблицу 2.2.).
Геологическая история Земли началась с архейской эры. В это время появились первые осадочные породы. До этого Земля находилась в планетарной стадии. Каждому отрезку времени геологической истории соответствует толща пород, которая образовалась на протяжении этого отрезка времени.
Геологическая история делится на 6 эр, соответственно, толща пород земной коры разделяется на шесть групп. Каждая эра делится на периоды (системы пород), период - на эпохи (отделы пород), эпохи - на века (ярусы пород).
Каждый отрезок времени и соответствующая ему толща пород получила свое название и индекс. Например, мезозойская эра индекс Mz , четвертичный период индекс Q и т.д.
При расчленении периода на эпохи к индексу периода прибавляется цифра. Например, эпохи триасового периода Т обозначаются : нижняя – Т1, средняя – Т2 и верхняя – Т3 . При расчленении эпох на века к индексу добавляется еще цифра или буква, которые располагаются справа вверху. Так, индекс Cr2dat обозначает датский век верхнемеловой эпохи.
Несколько иные обозначения используют для четвертичного периода. Эпохи обозначают римскими цифрами, перед индексом ставят буквы, указывающие на условия образования породы. Например, mQ1b следует понимать как породу морского происхождения Древнечетвертичной эпохи, Бакинского века.
Индексы, отражающие возраст и условия образования пород, используют для геологических карт и разрезов, которые широко применяют в инженерной геологии.
|
Дата добавления: 2015-10-09; просмотров: 6993;