|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Горные породы | Горные породы (далее Г) природные агрегаты минералов более или менее постоянного состава, образующие самостоятельные геологические тела, слагающие земную кору. Термин "Г" впервые в современном смысле употребил (1798) русский минералог и химик В. М. Севергин.
Г представляют собой механические сочетания разных по составу минералов, в том числе и жидких. Процентное содержание минералов в Г определяет ее минеральный состав. Форма, размеры, взаимное расположение и ориентация минеральных зерен или частиц Г обусловливают ее структуру и текстуру.
По происхождению Г делятся на три группы: магматические (изверженные), осадочные и метаморфические. Магматические и метаморфические Г слагают около 90% объема земной коры, остальные 10% приходятся на долю осадочных пород, однако последние занимают 75% площади земной поверхности.
Магматические горные породы образуются в результате застывания магмы. В глубоких частях земной коры магма охлаждается медленно, хорошо раскристаллизовывается, и из нее формируются зернистые породы, называемые интрузивными (граниты, сиениты, диориты и др.). Эти породы залегают в земной коре в виде батолитов, штоков, лакколитов и др. тел. Магма, излившаяся на земную поверхность в виде лавы вулканов, остывает быстро (часть ее может не раскристаллизоваться, а затвердеть в виде вулканического стекла), образуя эффузивные, или излившиеся, Г (базальты, андезиты, липариты и др.), а также вулканические туфы, представляющие собой сцементированные твердые продукты вулканических извержений (пепел, лапилли, вулканические бомбы и др.). Эффузивные породы часто залегают в виде лавовых потоков и покровов. Главными породообразующими минералами магматических Г являются алюмосиликаты и силикаты (полевые шпаты, кварц, слюда и др.).
Осадочные горные породы образуются на земной поверхности и вблизи нее в условиях относительно низких температур и давлений в результате преобразования морских и континентальных осадков. По способу своего образования осадочные породы подразделяются на три основные генетические группы: обломочные породы (брекчии, конгломераты, пески, алевриты) - грубые продукты преимущественно механического разрушения материнских пород, обычно наследующие наиболее устойчивые минеральные ассоциации последних; глинистые породы - дисперсные продукты глубокого преобразования силикатных и алюмосиликатных минералов материнских пород, перешедшие в новые минеральные виды; хемогенные, биохемогенные и органогенные породы - продукты непосредственного осаждения из растворов (например, соли), при участии организмов (например, породы), накопления органических вещества (например, угли) или продукты жизнедеятельности организмов (например, органогенные известняки). Промежуточное положение между осадочными и вулканическими породами занимает группа эффузивно-осадочных пород. Между основными группами осадочных пород наблюдаются взаимные переходы, возникающие в результате смешения материала разного генезиса. Характерной особенностью осадочных Г, связанной с условиями образования, является их слоистость и залегание в виде более или менее правильных пластов.
Метаморфические горные породы образуются в толще земной коры в результате изменения (метаморфизма) осадочных или магматических Г Факторами, вызывающими эти изменения, могут быть: близость застывающего магматического тела и связанное с этим прогревание метаморфизуемой породы, а также воздействие отходящих от этого тела активных соединений, в первую очередь различных водных растворов (контактный метаморфизм), или погружение породы в толщу земной коры, где на нее действуют факторы регионального метаморфизма - высокие температуры и давления. Для регионально метаморфизованных Г характерны сланцеватость, наличие ряда специфических минералов (кордиерит, андалузит, кианит и др.), а также структуры, иногда сохраняющие следы структур исходных пород (так называемые реликтовые структуры). Типичными метаморфическими Г являются разные по составу сланцы, контактовые роговики, скарны, гнейсы, амфиболиты, мигматиты и др. Различие в происхождении и, как следствие этого, в минеральном составе Г резко сказывается на их составе и физических свойствах.
состав магматических Г, сложенных главным образом силикатными минералами, характеризуется большим богатством кремневой кислоты. По содержанию 2 магматические Г делятся на кислые (свыше 65%), средние (55-65%) и основные (менее 55%). Кроме того, выделяются более редкие, очень богатые 2, ультракислые породы (некоторые аплиты) и ультраосновные, содержащие менее 45% 2 и очень много окиси Породы, богатые щелочными металлами, выделяют под названием щелочных. Породы, различающиеся по содержанию главных элементов, отличаются и по содержанию элементов-примесей. Так, к кислым породам приурочены повышенные концентрации , , , , , , и др., а к основным - , , . К щелочным породам часто приурочены большие концентрации Помимо общей распространенности различных элементов, наблюдается специфическая приуроченность отдельных элементов и рудных месторождений к породам какого-либо региона (так называемая металлогеническая специфика интрузивов). состав осадочных Г отличается от пород магматических гораздо большей дифференцированностью, широким диапазоном колебаний в содержании породообразующих компонентов (напр., 2 изменяется от 0 (соли) до 100% (чистые кварцевые пески), - от долей процента (чистые каолиновые глины) до 56% (известняки) и т. п.) повышенным содержанием воды, углекислоты, органического "избыточных летучих" (, , В и др.), а также высокими отношениями окисного к закисному. Метаморфические Г по составу близки к материнским осадочным или магматическим, хотя в них, в процессе перекристаллизации или метасоматоза, могут концентрироваться многие рудные элементы, создавая рудные месторождения.
Как физическое тело Г характеризуется группой базисных свойств, в которую входят плотностные, упругие, прочностные, тепловые, электрические и свойства. Ниже приведены наиболее вероятные пределы изменения базисных свойств Г:
Пористость до 60%
Плотность 800-8000 кг/м3
Модуль Юнга 10-200 Гн/м2
Коэффициент Пуассона 0,07-0,38
Предел прочности на сжатие до 500 Мн/м2
Предел прочности на растяжение до 20 Мн/м2
Удельная теплопроводность 0,1-10 вт/(м•К)
Коэффициент линейного расширения 1×10-6¾9×10-5 1/°
Удельное электрическое сопротивление 10-3-1014 ом×м
Относительная диэлектрическая проницаемость 2-30
Относительная проницаемость 0,9998-4
Свойства Г обусловлены их минеральным составом и строением, а также внешними условиями. Важными параметрами, определяющими свойства Г, являются ее пористость и трещиноватость. Поры могут быть частично заполнены жидкостью, поэтому свойства Г зависят одновременно от свойств твердой, газообразной и жидкой фаз и их взаимного соотношения. Пористость и трещиноватость особенно важны при оценке Г как коллекторов нефти и воды, а также скорости их притекания к источнику, буровой скважине и т. д. Ею же определяются влаго- и газоемкость Г и их водо- и газопроницаемость. В магматических Г количество газовых пустот может достигать 60-80% (пемзы и пемзовые туфы). В осадочных Г поры создаются в момент осадкообразования (межзерновые поры) и могут закрываться или сохраняться при цементации. Большое количество пор возникает при накоплении пористых зерен (раковины радиолярий и диатомовых). Метаморфические Г обычно бедны порами и имеют только трещины, вызываемые охлаждением Г
С пористостью и минеральным составом тесно связана плотность Г, которая в породах, лишенных пористости, определяется слагающими их минералами. Рудные минералы имеют высокую плотность (до 5000 кг/м3 у пирита и 7570 кг/м3 у галенита); меньшая плотность характерна для минералов осадочных пород (например, каменная соль имеет плотность 2100 кг/м3). Плотность Г из-за пористости может сильно отличаться от плотности слагающих ее минералов. Так, пемзовые туфы Армении имеют плотность около 800-900 кг/м3, граниты, мраморы, плотные известняки и песчаники - около 2600 кг/м3. Плотность Г легко рассчитывается по минеральному составу и пористости; возможны и очень полезны обратные расчеты.
Такие свойства Г, как теплоемкость, коэффициент объемного теплового расширения и др. определяются в первую очередь минеральным составом, прочностные же и упругие свойства Г, их теплопроводность и электропроводность зависят главным образом от строения пород и особенно сил связей между зернами. Так, наличие преимущественной ориентировки зерен приводит к анизотропии свойств. В создании анизотропии свойств может участвовать также ориентированная трещиноватость.
Свойства Г, определенные вдоль и поперек слоистости или прожилковатости, как правило, отличаются друг от друга. При этом модуль Юнга, предел прочности на растяжение, теплопроводность, электрическая проводимость, диэлектрическая и проницаемости больше вдоль слоистости, а предел прочности на сжатие - поперек слоистости. У мелкозернистых Г прочностные свойства выше, а у крупнозернистых ниже. Особенно высокие значения предела прочности на сжатие имеют мелкозернистые породы с волокнистым строением (например, нефрит до 500 Мн/м2). Низкий предел прочности на сжатие имеют многие осадочные породы (каменная соль, гипс и др.). Упругие свойства пород определяют их акустические (скорость распространения, коэффициент преломления, отражения и поглощения упругих волн) и электромагнитные свойства (соответственно скорости распространения, коэффициент поглощения, отражения и преломления электромагнитных волн). Г, как правило, плохие проводники тепла, причем с повышением пористости их теплопроводность ухудшается. Большей теплопроводностью обладают породы, содержащие полупроводники, - графит, и полиметаллические руды и т. д. По электропроводности большинство Г относится к диэлектрикам и полупроводникам. свойства Г в первую очередь определяются присутствующими в них ферромагнитными минералами (магнетит, гематит, пирротин).
Свойства Г зависят также от воздействия механического. (давление), теплового (температура), электрического, радиационного (напряженности) и вещественного (насыщенность жидкостями, газами и т. д.) полей. При насыщении скальных пород водой увеличиваются упругие параметры, теплопроводность, теплоемкость, электрическая проводимость и диэлектрическая проницаемость; при насыщении водой легко растворимых минералов (галоидные соединения), а также глинистых пород их упругие и прочностные показатели уменьшаются. Изменение свойств пород под воздействием давления вызвано уплотнением пород, смятием пор, увеличением площади контакта зерен. С увеличением давления обычно возрастают электропроводность, теплопроводность, прочность и т. д. Повышение температуры снижает упругие и прочностные и усиливает пластические характеристики пород, уменьшает теплопроводность, увеличивает теплоемкость, электропроводность и диэлектрическую проницаемость. Появление внутренних термонапряжений за счет различного теплового расширения отдельных минералов приводит к возрастанию или к уменьшению упругих и прочностных свойств пород в зависимости от направления результирующих напряжений. Перестройка решетки минералов от нагрева (полиморфные превращения и др.) вызывает аномальные точки на графике зависимости свойств от температуры. Так, для кварцитов наблюдается минимальное значение модуля Юнга и максимальное значение коэффициента линейного расширения в точке полиморфного перехода b-кварца в a-кварц (573°). Воздействие тепла приводит также к спеканию, разложению, плавлению, возгонке, испарению отдельных минералов, что соответственно изменяет свойства пород. Напряженность и частота электромагнитных полей оказывают наибольшее влияние на электромагнитные и радиоволновые свойства пород. Это обусловлено энергетическим воздействием полей на частицы пород, в результате чего происходит их электрическая и переориентировка (поляризация и намагничивание), возбуждение электронов и ионов. Так, повышение напряженности приводит к росту электропроводности, диэлектрической и проницаемостей.
Как объект горных разработок Г характеризуются различными технологическими свойствами - крепостью, абразивностью, твердостью, буримостью, взрываемостью и т. д. Крепость оценивает сопротивляемость пород механическому разрушению, абразивность - способность пород истирать режущие кромки рабочих механизмов и т. д. С целью выбора рациональных методов и механизмов разрушения применяются различные классификации Г по технологическим свойствам (например, в практике горного дела широко применяется классификация Г по крепости, предложенная проф. М. М. Протодьяконовым-старшим).
Изучение вещественного состава, физических и физико- свойств Г являются основным источником информации в геофизике, геологии (в т. ч. инженерной) и в горном производстве. См. также Горное дело.
Лит.: Кузнецов Е. А., Петрография магматических и метаморфических пород, М., 1956; Барон Л. И., Логунцов Б. М., Позин Е. З., Определение свойств горных пород, М., 1962; Ржевский В. В., Новик Г. Я., Основы физики горных пород, М., 1967; Ронов А. Б., Ярошевский А. А., строение земной коры, "Геохимия", 1967, № 11; Справочник физических констант горных пород, пер. с англ., М., 1969; Минералы и горные породы СССР, М., 1970; Швецов М. С., Петрография осадочных пород, М., 1958; Huang . Т., Petrology, . ., 1962.
Г. Я. Новик, В. П. Петров, В. В. Ржевский, А. Б. Ронов.
|
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
