Петрографические особенности горных пород

Свойства пород зависят от их состава и строения. Со­стоят горные породы из минералов. Известно около 3000 раз­личных минералов, однако в составе горных пород существен­ную роль играют только немногим более 20 так называемых породообразующих минералов, наиболее распространенных в земной коре.

По минералогическому составу различают мономинераль­ные и полиминеральные горные породы. Большинство пород принадлежит ко второму типу. Примерами мономинеральных пород являются песчаник, известняк, мрамор, гипс, кварцит, серпентинит и др.

Можно выделить несколько важнейших групп породообра­зующих минералов, оказывающих существенное, и притом раз­личное, влияние на механические свойства пород:

а) кварцевые минералы — кварц, кремень, халцедон и др.;

б) силикатные минералы — полевой шпат, амфибол, пирок­сен, слюда, серпентин, тальк и др.;

в) карбонатные и глинистые гидрофильные минералы — кальцит, доломит (карбонаты), каолинит, монтморрилонит (глинистые гидрофильные) и др.;

г) легкорастворимые минералы — гипс, галит, сильвин и др.

Наивысшей прочностью и упругостью обладают кварцевые породы с кремнистой цементацией (кремнистые песчаники, кварциты). Высокую прочность имеют силикатные породы. Од­нако с повышением содержания слюдистых минералов их пока­затели прочности снижаются. При наличии в породе глинистых и легкорастворимых минералов прочность и упругость пород резко уменьшаются.

Важное значение в обусловленности прочностных свойств горных пород имеют их структура и текстура.

Под структурой понимают строение породы, определяемое степенью ее фрагментации (раскристаллизации на зерна, разделения на обломки), размером и формой этих фрагментов (зерен, обломков, органических остатков), слагаемых породу.

У магматических пород выделяют полнокристаллическую, неполнокристаллическую (порфировую) и стекловатую структуры.

Полнокристаллическим породам свойственна полная раскристаллизация вещества с образованием минералов, соответствующих составу породы.

Породы со стекловатой структурой полностью состоят из стекловатого (аморфного) вещества, являющегося нераскристаллизованным застывшим расплавом (переохлажденным расплавом).

Породы с непол­нокристаллической (порфировой) структурой состоят частично из зерен минералов, выкристаллизовавшихся из магматического расплава, а частично из аморфной (нераскристаллизованной) массы, цементирующей («склеивающей») эти зерна. Цементирующее зерна аморфное вещество называют основной массой, а зерна минералов - порфировыми выделениями или вкрапленниками.

У полнокристаллических пород, в зависимости от размера слагающих их зерен, различают гигантозернистые, грубозернистые, крупнозернистые, среднезернистые, мелкозернистые, афанитовые (скрытозернистые или микрокристаллические) структуры. С увеличением степени раскристаллизации пород обычно их прочность пони­жается.

Породы гигантозернистой структуры имеют размеры сла­гающих их кристаллов свыше 100 мм. Примером таких пород являются некоторые слюдяные пегматиты. Крупность кристал­лов грубозернистых пород от 10 до 100, крупнозернистых от 5 до 10, среднезернистых от 1 до 5, мелкозернистых до 1 мм.

В породах с афанитовой структурой зерна различимы лишь в лупу, в породах со скрытозернистой структурой — только под микроскопом. По мере уменьшения зернистости, как правило, повышаются плотность, прочность и упругость пород.

Выделяют также породы равномернозернистой структуры, сложенные из кристаллов примерно одинаковых размеров, и неравномернозернистой структуры, в которых размеры слагаю­щих их кристаллов существенно различны.

У осадочных горных пород различают кристаллическую, обломочную, оолитовую, биоморфную и детритовую структуры.

Кристаллическая структура характерна для солей, гипсов и ангидритов; скрытокристаллическая - для хемогенных известняков.

Обломочную структуру имеют породы, состоящие из обломков минералов или других горных пород, сцементированных осадочным веществом различного состава (глинистым, кремнистым, железистым, известковым, глиноземистым). Свойства пород с об­ломочной структурой существенно зависят от количества и состава цементирующего вещества. Наибольшей прочностью обла­дают породы с кремнистой и железистой цементацией, наимень­шей — с гипсовой, глинистой.

В породах с оолитовой структурой в цеменирующей массе распределены шарикообразные обособления хемогенного происхождения. Состав цементирующего вещества также может быть различным. Примером пород с оолитовой структурой могут быть оолитовые известняк или боксит.

Биоморфную и детритовую структуры имеют осадочные породы, состоящие из целых ископаемых организмов (биоморфная структура) или их обломков (детритовая структура). Примерами органогенных пород являются - органогенный известняк, мел (биоморфная структура), диатомит, ракушняк (детритовая структура).

Для метаморфических пород характерны кристаллические структуры, реже – обломочные (у тектонитов). Цемент у метаморфических пород с обломочной структурой состоит из гидротермальных минералов (кальцит, кварц, эпидот) или из дезинтегрированного (раздробленного) материала того же состава, что и обломки.

Текстура является другим важнейшим признаком строения пород наряду со структурой. Под текстурой (сложением) понимают взаимное расположение структурно однотипных ча­стей породы в занимаемом ими пространстве. Текстура породы может быть упорядоченной и неупорядоченной. С точки зре­ния механики горных пород важнейшими являются следующие текстуры:

массивная — частицы горной породы плотно прилегают друг к другу, ориентированы произвольно;

пористая — частицы породы прилегают друг к другу не­плотно, между ними имеется множество микропустот (пор). Такая текстура характерна для вулканогенных и осадочных пород;

слоистая — группы частиц породы чередуются, образуя слои (характерна для осадочных пород);

сланцеватая – при разрушении порода раскалывается на плитки благодаря однообразной ориентировке слюдистых минералов, или благодаря наличию в породе однообразно ориентированных микротрещин, разделяющих породу на слабосвязанные фрагменты. Эта текстура характерна для метаморфических пород.

Породы с упорядоченной текстурой (слоистой, сланцеватой) обладают обычно анизо­тропностью свойств, т. е. существенным различием их показателей в направлении (по поверхностям) слоистости, сланцева­тости, плойчатости от одноименных показателей в иных на­правлениях.

Свойства горных пород с неупорядоченной текстурой (напри­мер, массивной) оказываются сходными во всех направлениях. Такие породы при решении задач механики горных пород можно рассматривать как квазиизотропные тела.

Дата добавления: 2014-12-07