Классификация горных пород

Рисунок-2. Схема строения земной коры (по В. Е. Хаину, 1964)

1 — осадочный чехол; 2 — гранитный слой; 3 — базальтовый слой; 4 — верхняя мантия перидотитового состава; 5 — верхняя мантия эклогитового (гранито-пироксенового) состава; 5 — 7, 10 — 12 и т. д. — средние мощности (в км).

Базальтовый слой коры состоит из пород основного состава. В пределах океанов верхняя его часть доступна непосредственному изучению; мощность базальтового слоя под океанами не превышает 5 — 6 км, тогда как в пределах континентов она достигает 40 км. Гранитный слой состоит преимущественно из пород кислого состава и различных метаморфических пород. Этот слой развит в пределах континентов и континентальных склонов. Мощность его колеблется от 10 км в пределах платформ до 30 км в складчатых областях. Общая мощность земной коры на платформах составляет 30 — 40 км, в складчатых зонах достигает 30 — 70 км.

Рисунок-3. Основные группы магматических горных пород

В зависимости от условий образования выделяют все основные группы магматических пород — интрузивные и эффузивные. Интрузивные — это породы, образовавшиеся при застываний магмы на разной глубине в земной коре. Эффузивные породы образовались при вулканической деятельности, излиянии магмы из глубин и затвердевании на поверхности. В составе интрузивных пород в зависимости от глубины образования различают глубинные (абиссальные) и полуглубинные (гипабиссальные) породы.

Согласно генетической классификации, горные породы подразделяются на три большие группы: изверженные, осадочные и метаморфические (смотри таблицу-1).

Изверженные ( магматические) горные породы, принято  считать, что образовались из расплавленной магмы, поднявшейся из глубин Земли и отвердевшей при остывании. Различные условия охлаждения магмы привели к образованию изверженных( магматических) пород с различным строением и свойствами.

Глубинные породы, образование которых происходило под значительным давлением верхних слоев, остывали медленно и сравнительно равномерно. Такие условия были благоприятны для кристаллизации минералов, составляющих горную породу. В связи с этим глубинные породы массивны, плотны и состоят из тесно сросшихся более или менее крупных кристаллов.

Они обладают большой плотностью, высокими прочностью на сжатие и морозостойкостью, малым водопоглощением и большой теплопроводностью. Глубинные породы имеют зернистое кристаллическое строение, называемое еще гранитным — от названия наиболее распространенного представителя этих пород — гранита.

Излившиеся породы образовались на поверхности земли при отсутствии давления и при быстром охлаждении магмы. Некоторая часть магмы, излившаяся на поверхность, уже содержала кристаллы отдельных минералов. Поэтому в большинстве случаев излившиеся породы состоят из отдельных хорошо сформированных кристаллов, вкрапленных в основную скрытокристаллическую массу.

Такое строение называют порфировым по аналогии с широко распространенными среди этой группы пород порфирами. В тех случаях, когда излившиеся породы застывали мощным слоем, их строение было сходно с глубинными породами. Если же слой был сравнительно тонок, то охлаждение происходило быстро и масса их оказывалась стекловатой, а верхние слои излившейся лавы становились пористыми вследствие энергичного выделения газов из магмы при уменьшении давления.

Обломочные породы образовались при быстром охлаждении раздробленной, выбрасываемой при извержении вулканов лавы (пемза, вулканический пепел). Часть обломочных пород (вулканического пепла) подверглась цементированию, образуя вулканические туфы.

Среди изверженных (магматических) горных пород различают массивные и обломочные, которые образовались в результате разрушения массивных пород. Массивные глубинные горные породы ( граниты, сиениты, диориты и габбро)считается что образовались в результате медленного охлаждения магмы на большой глубине под значительным давлением и в результате этого полной кристаллизации ее.

Все глубинные породы характеризуются высокой плотностью и ярко выраженной кристаллической ( крупнокристаллической ) структурой ( смотри рисунок-4).

Рисунок-4. Вид под микроскопом крупнокристаллической зернистой структуры гранита.

К-кварц; О-ортоклаз; С-слюда.

Гранит-наиболее распространенная глубинная горная порода, состоящая в основном из кварца, полевого шпата и слюды. Иногда слюда заменена темноокрашенными ( железисто-магнезиальными) минералами.Цвет гранита зависит от главной составной части -полевого шпата и наличия темных минералов. Гранит бывает серый, красный, зеленоватый и других цветов.зерна минералов имеют настолько прочную спайность, что излом часто происходит не по плоскости спайности, а по зернам минералов.

Плотность гранита в среднем 2600 кг/м³, предел прочности при сжатии 100…300 МПа, а при растяжении 1/40…1,60 предела прочности при сжатии.Большая механическая прочность, стойкость против выветривания и морозостойкость и морозостойкость обусловливают высокие строительные свойства гранита и изготовленных из него строительных материалов и изделий. Применяют гранит для изготовления лестничных ступеней, облицовочных плит, полов, щебня, бортовых камней, используют также при строительстве гидротехнических сооружений и при строительстве памятников.

Сиенит состоит в основном из полевого шпата( ортоклаза) и какого- нибудь темно-окрашенного минерала.Строение сиенита сходно с гранитом. Плотность 2400…2900 мг/м³, предел прочности при сжатии 150…200 МПа. Сиениты мягче гранитов, лучше поддаются полировке, обладают большей вязкостью. Используют сиениты наряду с гранитами. Между гранитами и сиенитами имеются переходные разности — граносиениты.

Диориты по минералогическому составу представлены плагиоклазом, роговой обманкой, реже — биотитом и авгитом. Цвет диорита оттемно-зеленогодочерно-зеленого.Плотность 2700…2900 кг/м³, предел прочности при сжатии 180…200 МПа. Диориты трудно обрабатываются, обладают большим сопротивлением истиранию, хорошо полируются, стойки против выветривания. Применяют диорит в дорожном строительстве и в виде облицовочных плит.

Габбро — кристаллическая горная порода, состоящая в основном из плагиоклаза и темноокрашенных минералов (пироксены в виде авгита). Реже в состав габбро входят биотит и роговая обманка. Цвет габбро может быть от серого и зеленого до черного. К группе габбро относится также лабрадорит — горная порода, состоящая в основном из минерала Лабрадора (разновидности полевого шпата) серого,зеленовато-серого или темного цвета с синим отблеском на плоскостях спайности. Плотность габбро очень высокая и равна 2900…3160 кг/м³; предел прочности при сжатии 100…280 МПа, а иногда и до 350 МПа.

Габбро стоек против выветривания, трудно обрабатывается, но дает хорошую долговечную полировку. Применяют его для гидротехнических и других видов сооружений в виде разнообразных строительных материалов — щебня, облицовочных плит и т. д. Лабрадорит, обладающий красивой расцветкой, используют как облицовочный материал.

Излившиеся горные породы образовались при остывании магмы, излившейся на поверхность земной коры.
Структура излившихся пород может быть полукристаллической, зернистой и стекловатой. Излившиеся породы имеют химический и минералогический составы такие же, как и глубинные, обладают примерно теми же физико-механическими свойствами, но отличаются мелкокристаллической (до стекловатой) структурой.

Кварцевый порфир — аналог гранита — имеет стекловатую структуру с вкраплением крупных зерен кристаллов кварца. При выветривании эти зерна могут выпадать из основной массы горной породы. Плотность 2400…2600 кг/м, предел прочности при сжатии 130… 180 МПа. Используют его в виде щебня или штучного камня. Наряду с кварцевым порфиром существует бескварцевый порфир (аналог сиенитов), в котором кварц отсутствует.

Трахит — горная порода, по химико-минералогическому составу сходная с порфиром, но образовавшаяся в более поздние геологические периоды. Трахит отличается высокой пористостью и относительно низким пределом прочности при сжатии — 60…70 МПа.

Диабаз— аналог габбро — состоит из плагиоклаза и авгита и имеет в своем составе примеси кварца и роговой обманки. Плотность 2800…3000 кг/м, предел прочности при сжатии 200…300 МПа, цвет темно-серый. Диабаз хорошо полируется. Применяют его в виде щебня, штучных камней, плит, брусчатки, в качестве облицовочного материала. Из расплавленного диабаза при температуре 1200…1350 °С отливают различные изделия. Плавленый диабаз стоек к кислотам и щелочам, обладает высокими диэлектрическими свойствами. Прочность плавленого диабаза составляет около 500 МПа.

Базальт по химическому и минералогическому составу является аналогом габбро. Имеет темный цвет, скрытокристаллическую структуру с некоторым количеством вулканического стекла и состоит из плагиоклаза и авгита. Плотность 2700…3300 кг/м³, предел прочности при сжатии 100…150 МПа. Высокая твердость и прочность базальтов позволяет использовать их в качестве материалов для дорожных покрытий. Применяют базальт как сырье для изготовления каменного литья.

Порфирит и андезит — аналоги диорита. Порфирит — более старая, а андезит — более молодая горные породы; цвет их серый, серовато- и желтовато-зеленый.Плотность 2200…2800 кг/м³, предел прочности при сжатии 60…240 МПа. Порфириты применяют в качестве облицовочного материала, щебня и дорожной брусчатки, а андезит (как кислотостойкий материал) — в качестве заполнителя в кислотоупорных бетонах, а также для специальных облицовок.

Обломочные породы делят на рыхлые (пемза, вулканические пеплы и др.) и цементированные (вулканический туф).
Пемза образовалась при быстром остывании магмы и интенсивном выделении из нее газов, вспучивающих массу. Последующее быстрое остывание вспученных кусков магмы приводит к образованию стекловидной пористой породы. Цвет пемзы серый, черный и иногда белый. Пемза состоит из кремнезема SiO2 (до 70%) и глинозема Аl2О3 (до 1 5 % ) . Залегает пемза в виде обломков размеров 5…50 мм в диаметре, выброшенных во время извержения вулканов.

Плотность пемзы в куске 400… 1400 кг/м3, пористость до 80%, предел прочности при сжатии 0,4…2,0 МПа, твердость 6. Используют пемзу как щебень для легких бетонов, в качестве теплоизоляционного материала, а также как активную минеральную добавку к извести и цементам.
Вулканический пепел встречается в виде порошка от серого до черного цвета. Применяют для получения легких растворов и бетонов, а также в качестве активной минеральной добавки к вяжущим веществам.

Вулканические туфы — сцементированная туфовая лава, образованная при примешивании во время извержений к жидкой лаве пепла и песка. В результате быстрого охлаждения туфы имеют стекловидное строение. Типичным представителем вулканического туфа является артикский туф( по наименованию месторождения, расположенного близ г. Артик в Армении).

Плотность туфа в куске 1250…1350 кг/м³, пористость 40…70%, предел прочности при сжатии 8…19 МПа и выше, теплопроводность 0,21…0,33 Вт/(м·°С). Цвет розовато-фиолетовый. Применяют туфы в качестве песка или щебня для легких бетонов и растворов, крупных стеновых блоков а также активной добавки к воздушной извести или цементу.высокие декоративные качества и морозостойкость позволяют широко применять туф в качестве облицовочного материала для фасадов зданий.

Осадочные горные породы образовались при осаждении веществ из какой-либо среды, главным образом водной.Осаждение происходило периодами в виде отдельных слоев и пластов. По характеру образования и составу осадочные горные породы делят на три группы: химические, органогенные и механические.
Химические осадки представляют собой горные породы, образовавшиеся при осаждении минеральных веществ из водных растворов с последующим их уплотнением и цементацией (гипс, ангидрит, известковые туфы и др.).
Органогенные породы образовались в результате отложения остатков некоторых водорослей и животных организмов с последующим их уплотнением и цементацией (большинство известняков, мел, диатомиты и др.).

Механические отложения образовались в результате осаждения или накопления рыхлых продуктов при физическом и химическом распаде горных пород. Часть из них подвергалась в дальнейшем цементированию глинистым веществом, железистыми соединениями, карбонатами или другими углеродными цементами, образуя цементированные осадочные породы — конгломераты, брекчии.

Гипс-горная порода которая состоит из минерала того же названия.Гипс применяют для производства воздушного вяжущего -строительного гипса а также в качестве облицовочного материала внутренних частей зданий в виде искусственного мрамора. Ангидрит состоит из минерала ангидрит CaSO4.Применяют его в качестве облицовочного материала а также в качестве сырья для производства ангидритового цемента.

Магнезит состоит из минерала того же названия -магнезита MgCO3.Иногда он содержит примеси углекислых кальция и железа.Твердость магнезита 3,5…4,0; цвет белый от желтоватого до бурого. Магнезит применяют в качестве сырья для производства воздушного вяжущего -каустического магнезита и огнеупорных материалов.

Доломит состоит в основном из минерала доломита CaCO3·MgCO3 с примесями глинистого, железистого, кремнистого и других веществ.Цвет серый, от желтоватого до бурого. Структура зернистая, по свойствам доломиты близки к плотным известнякам, иногда они обладают и более высокими чем известняки механическими свойствами.Применяют доломит для производства щебня, изготовления облицовочных плит, огнеупоров и вяжущих материалов.

Известковые туфы образовались при выделении CaCO3 из кислого углекислого кальция, растворенного в воде. Очень по ристые известковые туфы используют как сырье для получения извести а плотные с мелкими равномерно расположенными порами туфы применяют в виде штучных камней для кладки стен и в качестве щебня для легких бетонов. К органогенным породам относят различные карбонатные и кремнистые породы. Для строительных целей используют известняки,известняки-ракушечники,мел, диатомиты и трепелы.

Известняк образовался в водных бассейнах из остатков животного и растительного мира (или как продукт химических осадков). Рыхлые скопления раковин и их осколков скреплялись углекислым кальцием. Известняк состоит в основном из минерала кальцита СаСО и примесей глины, доломита, кварца и др. Плотность известняка 1700…2600 кг/м, прочность при сжатии 10… 100 МПа. Цвет белый, от желтоватого до бурого. Известняк используют для производства щебня, облицовочных плит и архитектурных деталей, а также для производства извести и портландцемента.

Известняк-ракушечник — пористая горная порода, состоящая из раковин и их обломков, сцементированных известковым веществом. Плотность 900…2000 кг/м³, предел прочности при сжатии 0,4… 15,0 МПа и более. Применяют для изготовления стеновых камней и блоков, а также в качестве заполнителя для легких бетонов.

Мел — землистая горная порода, состоящая почти из чистого карбоната кальция. В качестве примесей встречаются глинистые вещества и зерна кварца. Мел обладает высокой дисперсностью. Цвет его белый. Применяют в качестве белого пигмента, для приготовления замазки, а также при производстве извести, портландцемента и стекла.

Диатомиты — слабо сцементированная, очень пористая кремнеземистая порода, состоящая от панцирей диатомовых водорослей и частично из скелетов животных организмов. Плотность

400…1000 кг/м3, пористость 60…70%.

Трепелы — очень легкая глиноподобная порода, содержащая аморфный кремнезем в виде мельчайших шариков опала. Плотность 500…1200 кг/м3, пористость 60…70%, коэффициент тепло-

проводности 0,17…0,23 Вт/(м · °С).

Применяют диатомиты и трепелы для изготовления теплоизоляционных материалов, легкого кирпича, а также в производстве гидравлических вяжущих в качестве активных минеральных добавок.

Механические отложения образовались в результате физического выветривания горных пород под влиянием воды и температуры. Продукты разрушения переносились ветром и особенно водными потоками на различные расстояния и оседали. Так образовались глины, песок, щебень и гравий из массивных горных пород.

Химическое выветривание проявлялось в результате взаимодействия составных частей горных пород с различными веществами, находящимися в атмосфере. Так, полевой шпат (ортоклаз) под действием воды и углекислоты (находящейся в воздухе)разрушался, образуя минерал каолинит:

К2О·Al2O3·6SiO2+2H2O+CO2=K2CO3 (поташ)+4SiO2+Al2O3 · 2SiO2(каолинит) ·2H2O

К физическому и химическому выветриванию (разрушению) горных пород часто присоединяется еще биохимическое выветривание, являющееся результатом жизнедеятельности животных и растительных организмов. В результате выветривания горных пород образуются дисперсные частицы, зерна и крупные обломки; некоторые из них цементируются глиной, кальцитом или. кремнеземом, образуя цементированные горные породы. В зависимости от крупности зерен и цементации их различают следующие виды механических отложений осадочных горных пород.

Песок — рыхлая смесь зерен различных пород крупностью 0,16—5,0 мм. В зависимости от условий образования пески бывают горные, речные, морские, дюнные, барханные и др. Применяют для приготовления бетонов и растворов.

Гравий — окатанной формы зерна крупностью 5…70 мм. Применяют в качестве заполнителя для бетонов.

Песчаники — горная порода, состоящая из зерен кварца, сцементированная глинистым, кремнеземистым или известковым веществом. Прочность песчаника зависит от вида цементирующего вещества, крупности и формы сцементированных зерен. Наиболее прочные кремнеземистые песчаники имеют предел прочности при сжатии 200 МПа и более. Используют песчаники в качестве щебня для бетона, облицовки опор мостов и зданий, для дорожных покрытий, так как они имеют высокие морозостойкость и прочность при истирании.

Конгломераты — горная порода, состоящая из сцементированных зерен гравия, а брекчия — то же, из сцементированных зерен щебня. Конгломераты и брекчии используют в качестве щебня для бетонов, штучного камня и облицовочных плит.

Метаморфические породы

Метаморфические (видоизмененные) горные породы образовались в результате более или менее глубокого преобразования изверженных или осадочных горных пород под влиянием высоких температуры и давления, а иногда и химических воздействий.

В этих условиях может происходить перекристаллизация минералов без их плавления; получающиеся при этом породы обычно более плотны, чем исходные осадочные. В процессе метаморфизма происходило изменение структуры горных пород. В большинстве случаев метаморфические породы отличаются сланцеватой структурой.

Метаморфические горные породы образовались из магматических и осадочных путем их преобразования под влиянием высокой температуры и давления. В строительстве применяют гнейсы, глинистые сланцы, мраморы, кварциты.

Гнейсы по минералогическому составу являются аналогами гранита и имеют сланцевое строение. Используют гнейсы преимущественно как облицовочные плиты, в виде бутового камня для кладки фундаментов и стен неотапливаемых зданий, для тротуаров.

Глинистые сланцы состоят из уплотненных сланцевых глин. Цвет темно-серый, иногда черный. Глинистые сланцы раскалываются на тонкие плитки, обладают высокой атмосферостойкостью и долговечностью, что позволяет использовать их в качестве кровельного материала.

Мрамор — кристаллическая порода, образовавшаяся из известняков или доломитов. Кристаллы соединены без цементирующего вещества. Прочность мрамора до З00 МПа. Твердость небольшая — 3,0…3,5. Он сравнительно легко пилится на плиты и хорошо полируется. Применяют мрамор для облицовки внутренних частей зданий, так как снаружи зданий полировка быстро утрачивается. Это объясняется слабой химической стойкостью мрамора при воздействии на него атмосферы.

Кварциты — метаморфическая разновидность кремнистых песчаников с перекристаллизованными и сросшимися зернами кварца, так что цементирующее вещество неразличимо. Кварциты стойки против выветривания, прочность достигает 400 МПа. Используют кварциты для облицовки зданий, опор мостов, а также как сырье для производства динасовых огнеупорных изделий.