Горные породы: 4 разновидности, описание, сферы применения и месторождения

Что такое горная порода

Горные породы – это массы из одного либо нескольких видов минеральных компонентов, органического вещества. Они сформированы природными процессами и слагают земную кору.

В широком смысле к горным породам причисляют также воду, жидкие углеводороды и газы.

Это предмет изучения нескольких наук: литологии, петрографии, петрофизики, геохимии, геодинамики.

Термин «горная порода» ввел в научный оборот в 1798 году русский химик и минералог Василий Севергин.

Разновидности

Наиболее популярна классификация минерального сырья по происхождению. Выделяют четыре класса горных пород.

Магматические

Формируются в результате остывания магмы. Состав и свойства зависят от температуры, давления, глубины извержения, минерального и химического состава расплава.

Магматические горные породы
Магматические горные породы

Магматические горные породы подразделяются на интрузивные и эффузивные:

  • Интрузивные. Формируются на глубине при замедленном остывании расплава.
  • Эффузивные. Застывают при выходе магмы на поверхность.

Разновидность интрузивных – гипабиссальные породы. Они образуются на меньшей глубине. Отличить от интрузивных позволяет неравномерно-зернистая текстура.

Магматическое сырье классифицируется как первичное.

Горные минералы

Представители группы: базальт, гранит (и его разновидность пегматит), лабрадорит, габбро.

базальт строительство
Базальт

Осадочные

Осадочные горные породы формируются на поверхности или очень малой глубине при низкой температуре и давлении.

Осадочные породы
Осадочные породы

Это результат нескольких процессов:

  1. Переформирование фрагментов более древних руд, в результате чего получаются обломочные породы.
  2. Концентрация продуктов жизнедеятельности биологических организмов.
  3. Осаждение из воды химических элементов и соединений.

Осадочный материал считается вторичным. Его отличает слоистость и залегание пластами.

Представители: торф, мел, кальцит, доломит, уголь, соль, гипс.

применение гипса
Применение гипса

Метаморфические

Метаморфические, то есть измененные, руды создаются, когда осадочные и магматические изменяются под воздействием окружающей среды.

Если температура заставляет породу плавиться, говорят об ультраметаморфизме. Такой процесс уравнивает метаморфические горные породы с магматическими.

Представители: мрамор, кварцит, гнейс, глинистый сланец.

Сланец в интерьере
Сланец в интерьере

Метасоматические

Метасоматические горные породы – итог взаимодействия с жидкостями. Вода, расплавы карбонатов, силикатов, других соединений проходят сквозь рудную толщу. Материнская руда остается твердой, но, насыщаясь, меняет химический состав.

Их легко отличить по зональности, создаваемой потоком. При этом каждая зона выглядит по-своему.

Представители: вторичные кварциты, березиты, гумбеиты, скарны, альбититы.

Скарн дальнегорский
Скарн дальнегорский

90% объема земной коры – это магматические, метасоматические и метаморфические горные породы. Однако осадочные (10% объема) охватывают три четверти поверхности планеты.

§ 2. Магматические горные породы

1. Процессы при образовании и классификация

Магматические (первичные) горные породы образовались в результате извержения и остывания магмы (каменного расплава, находящегося в недрах земли). Если порода образовалась по схеме, представленной на рис. 1а, то она называется глубинной или интрузивной. Если же порода произошла в результате остывания магмы, излившейся наружу, согласно схеме на рис. 1б, то она называется излившейся или эффузивной.

Магматические горные породы

Кроме этих двух групп пород, являющихся массивными, при выбрасывании лавы из вулканов в виде выплесков и брызг образовались рыхлые вулканообломочные породы: вулканические пепел и песок.

Классификация магматических горных пород, процессы при их образовании и основные представители приведены на рис. 2.

2. Минералогический состав магматических горных пород

Все главные породообразующие минералы магматических горных пород можно разделить на четыре группы: 1) кварц, 2) полевые шпаты, 3) слюды и 4) темноокрашенные. Последние в отличие от почти бесцветных кварца и полевых шпатов являются сильно окрашенными. Сопоставление минералов магматических горных пород приведено в табл. 1.

Кварц. В породах кварц (кристаллический кремнезем — SiO2) по преимуществу присутствует в виде обыкновенного кварца — непрозрачных или только слабо просвечивающих плотных зерен, имеющих стеклянный блеск и окрашенных в разнообразные цвета.

Весьма характерно для кварца, что кислоты на него не действуют, за исключением плавиковой. Благодаря химической инертности, кварц почти не выветривается, вследствие чего он является последним остатком от разрушения пород, его содержащих. В то время как остальные минералы превращаются в тончайшие продукты разрушения (глину), кварц образует песок.

Полевые шпаты. К полевым шпатам относится группа из многих минералов, обладающих близкими физическими и химическими свойствами. Все минералы этой группы характеризуются светлыми оттенками разнообразных цветов. От кварца они отличаются .меньшей твердостью (6 по шкале Мооса) и присущей им совершенной спайностью.

Магматические горные породы

Полевые шпаты делятся на две группы: 1) ортоклаз, что в переводе с греческого значит прямо раскалывающийся, и 2) плагиоклазы, что означает косо раскалывающиеся.

В ортоклазе плоскости спайности образуют прямой угол, а в плагиоклазах — отличный от прямого (около 86°).

По химическому составу ортоклаз представляет собою алюмосиликат калия, а плагиоклазы — серию минералов, крайними членами которой являются альбит (алюмосиликат натрия) и анортит (алюмосиликат кальция). Все промежуточные члены между альбитом и анортитом рассматриваются как изоморфные смеси того и другого в различных пропорциях.

Если обратиться к химическим формулам .плагиоклазов, то легко видеть, что в альбите, в формулу которого входит 6SiO2, должен преобладать кремнезем (его содержание в альбите составляет 68,68 %), и наоборот, в анортите, в формулу которого входит всего только 2SiO2, кремнезем находится уже в подчиненном количестве (43,16 %). Поэтому альбит и олигоклаз должны быть причислены к кислым плагиоклазам, а анортит с примыкающим к нему битовнитом — к основным. Само собой разумеется, ортоклаз нужно рассматривать как кислый полевой шпат. Все полевые шпаты сравнительно легко выветриваются и превращаются в каолин — наиболее чистую разновидность глины.

Слюды. Из слюд в качестве породообразующих минералов наибольшее значение имеют биотит (черная слюда) и мусковит (прозрачная слюда). От других минералов слюды отличаются весьма совершенной спайностью и низкой твердостью (2-2,5).

Если слюды входят в состав горной породы в значительном количестве, они сильно ухудшают ее механические свойства; при большом содержании слюды затрудняется также получение хорошей полированной поверхности.

Пироксены и амфиболы. Пироксенами и амфиболами называются две группы сходных между собою минералов, каждая из которых насчитывает по несколько представителей. Для пироксенов наиболее характерным минералом является авгит, а для амфиболов — роговая обманка, почему часто пироксены называются авгитами, а амфиболы—роговыми обманками.

Лучшим отличительным признаком этих минералов служит угол, образуемый плоскостями спайности; у роговой обманки он равен 124°, а у авгита — 87°. Как амфиболы, так и пироксены отличаются от остальных минералов очень темной окраской и высокой плотностью от 3,0 до 3,6 г/см3. В отношении выветривания они превосходят полевые шпаты.

Рассмотрение табл. 1 позволяет сделать несколько весьма важных заключений.

Содержание в минералах кремнезема понижается по мере движения по таблице сверху вниз. Наверху таблицы стоит кварц, состоящий из 100% SiO2, внизу – темноокрашенные минералы с малым, порядка 35-50 %, содержанием кремнезема. Соответственно этому кислотность магматических горных пород будет зависеть от преобладания тех или иных минералов.

Магматические породы составлены по преимуществу из различных силикатов и алюмосиликатов! Этим они отличаются от осадочных пород, в которых над солями кремневой кислоты (силикатами) преобладают соли других кислот, в первую очередь угольной, отчасти серной и т. д.

Окраска минералов изменяется от светлой (вверху таблицы) до темной (внизу), так что все кислые породы будут слабо окрашенными, все основные, наоборот, окрашенными весьма сильно.

Сравнение плотности породообразующих минералов показывает нам, что породы с повышенным содержанием темных составляющих, будут характеризоваться бóльшим весом, чем породы кислые, светлоокрашенные.

По стойкости в отношении выветривания наименее желательными в породе являются полевые шпаты, которые выветриваются весьма быстро.

3. Структура магматических горных пород

Наиболее характерными для магматических горных пород являются две структуры: зернисто-кристаллическая (гранитная) и порфировая (рис. 3). Структура горной породы называется зернисто-кристаллической в том случае, когда отдельные минеральные зерна различимы простым глазом и приблизительно одинаковы по размеру.

Магматические горные породы

Существует разновидность зернисто-кристаллической структуры, называемая порфировидной, т. е. похожей на порфировую. Когда порода содержит вкрапленники весьма больших размеров и имеет окружающую их основную массу зернисто-кристаллическую, то это напоминает сильно увеличенную порфировую структуру.

Зернисто-кристаллическая структура характерна преимущественно для глубинных пород, т. к. могла получиться только при медленном охлаждении горной породы, когда ничто не мешало полной ее кристаллизации. Наоборот, порфировая структура присуща излившимся породам. Наличие в последних вкрапленников можно объяснить тем, что кристаллизация магмы начиналась еще в недрах земли, когда температура снижалась очень медленно. После излияния магмы на поверхность застывала оставшаяся масса, но уже при достаточно быстром охлаждении, почему она и получилась плохо закристаллизованной.

Равномерно-зернистые породы превосходят в техническом отношении породы с порфировидной структурой, причем технические свойства (механическая прочность, стойкость против выветривания) повышаются обычно с уменьшением средней величины зерна. Породы порфировой структуры в техническом отношении стоят тем ниже, чем больше в них стекла. Породы стекловатые (например чистое вулканическое стекло — обсидиан) очень хрупки и плохо выдерживают температурные колебания.

4. Классификация магматических горных пород по структуре и минералогическому составу

Классификация магматических горных пород по структуре и минералогическому составу представлена в табл. 2.

В центральной части в трех строках таблицы приведены главнейшие магматические горные породы, употребляемые в качестве строительного материала. Под каждым наименованием глубинных пород записаны по два представителя излившихся, которые являются полными аналогами их по минералогическому составу и отличаются лишь структурой. Одна и та же магма могла застыть или на глубине или на поверхности земли. Минералогический состав пород мы можем прочитать в том же столбце таблицы сразу над ними. Например, о минералогическом составе гранита и его аналогов (кварцевого порфира и липарита) читаем: кварц – есть, из полевых шпатов присутствует ортоклаз, темноокрашенных минералов – мало. Если мы проследим по таблице слева направо.

Магматические горные породы

за минералогическим составом, то увидим, что кварца (самого кислого минерала), кроме как в граните и его аналогах, в других породах нет. Содержание темноокрашенных минералов (наиболее основных) возрастает от гранита к габбро, а в группе полевых шпатов представители сменяются так, что в граните и его аналогах присутствует самый кислый представитель – ортоклаз, а в габбро, диабазе и базальте – наиболее основной представитель плагиоклазов — битовнит или анортит. По мере того как мы движемся слева направо, наблюдается уменьшение содержания SiO2, другими словами, снижение кислотности пород. Если вспомнить сказанное в отношении минералов ( см. табл. 1), то можно также еще добавить, что породы, занимающие правую часть таблицы 2, характеризуются более высокой плотностью и более темной окраской по сравнению с породами, находящимися в левой части таблицы. Параллельно увеличению содержания темноокрашенных минералов возрастает механическая прочность пород.

5. Интрузивные (глубинные) горные породы

Все интрузивные горные породы: гранит, сиенит, диорит и габбро весьма сходны между собою по своим техническим свойствам. Они все обладают большой плотностью, ничтожно малой пористостью и сравнительно высокой механической прочностью.

Гранит. Минералогический состав гранита в среднем таков: кварца от 20 до 40%, ортоклаза (реже щелочного плагиоклаза) от 40 до 60%, слюды или роговой обманки (редко авгита) от 5 до 20%.

Структура гранитов преимущественно зернисто-кристаллическая, иначе гранитная (название гранит происходит от латинского слова granum — зерно) и в некоторых случаях порфировидная. Примером гранитов с порфировидной структурой может служить финляндский гранит рапакиви, в котором встречаются вкрапленники ортоклаза с куриное яйцо и более. Красные граниты большинства зданий Санкт-Петербурга имеют порфировидное строение.

Цвет гранитов определяется цветом главной его составной части—ортоклаза. В зависимости от окраски последнего он бывает серый, желтоватый, красноватый, до мясо-красного.

Технические свойства гранита. Плотность гранита колеблется около 2,7 и повышается с увеличением в породе количества темноокрашенных минералов. Временное сопротивление сжатию для гранитов (как и вообще для всех естественных камней) колеблется в очень широких пределах от 80 до 330 МПа. Большей прочностью обладают граниты с мелкозернистой структурой. Увеличение содержания слюды понижает механическую прочность гранита, кроме того слюда препятствует получению хорошей полированной поверхности, т. к. легко выкрашивается, оставляя щербины. Наоборот, повышение содержания пироксенов или амфиболов является желательным – возрастают механические свойства и способность гранитов принимать полировку.

Стойкость гранита против выветривания в основном достаточно высокая. Лишь отдельные его представители, к которым относится финляндский гранит рапакиви (что значит гнилой камень), широко раньше применявшийся в строительстве Петербурга, разрушаются довольно быстро. Гранит хорошо сопротивляется истиранию, почему он является ценным материалом для изготовления лестничных ступеней, плит для тротуаров, в дорожной одежде. В глубинных горных породах сопротивление истиранию повышается с возрастанием количества темноокрашенных минералов.

Обработка и отделка магматических горных пород настолько дорога (из-за высокой твердости входящих в них минералов), что они редко применяются в обычных зданиях, а используются по преимуществу в сооружениях, особо ответственных, или представляющих большую архитектурную ценность.

Применение гранита. Гранит употребляется в виде штучных камней для фундаментов дорогих зданий, для подпорных стенок, для устройства набережных, для внешней облицовки стен. Часто из него изготовляются тротуарные плиты, ступени. В более крупных кусках гранит употребляется для колонн зданий и памятников. В кусках малого размера он идет для устройства мостовых; для дробления на щебень и т. д.

Сиенит. Отличается от гранита отсутствием кварца; состоит из ортоклаза и темного минерала, чаще всего роговой обманки.

Применяется как и гранит, отличаясь от последнего меньшей твердостью, повышенной вязкостью, в особенности при значительном содержании роговой обманки или авгита, и способностью лучше принимать полировку. Является ценным материалом для мощения дорог и получения щебня.

Диорит. Состоит в основном из кислого плагиоклаза и роговой обманки, реже биотита и авгита; плагиоклаз составляет в среднем 75 % породы.

Соответственно изменению минералогического состава диорит характеризуется более темной окраской, нежели гранит и сиенит, более высокой плотностью (2,75-3,0) и прочностью при сжатии.

Употребляются диориты как дорожный материал (брусчатка, щебень), в виде штучных камней и в качестве декоративного материала (благодаря способности отлично полироваться).

Габбро. Существенными минералами в габбро являются основной плагиоклаз (около 50%) и пироксен, реже роговая обманка. Цвет в большинстве случаев темно-зеленый различных оттенков. Плотность 2,8—3,1, прочность при сжатии в мелкозернистых разновидностях 200-280 МПа, падая в крупнозернистых до 100 МПа. Габбро тяжело обрабатывается, но хорошо принимает полировку.

Из декоративных разновидностей глубинных пород особого упоминания заслуживает лабрадорит, крупнозернистая разновидность габбро, характеризующаяся преобладанием плагиоклаза лабрадора над другими минералами. Лабрадорит отличается так называемой ирризацией, т. е. игрой отблесков различных цветов: синего, голубого, зеленого и других. Лабрадорит был например применен для внутренней облицовки мавзолея Ленина, а также для облицовки панелей простенков между окнами “Дома Книги” в Санкт-Петербурге. 

6. Эффузивные (излившиеся) горные породы

Для излившихся пород характерна способность давать сильно пористые разности (например, пемзу). Образование таких пористых разновидностей объясняется выделением газов, насыщавших магму в недрах земли. При понижении давления, в результате извержения магмы, растворенные в ней газы выделялись наружу и вспенивали массу в процессе ее застывания. Эффузивные породы могут быть как пористыми, так и плотными, в отличие от интрузивных, которые, в силу условий их образования на глубине, пористых разновидностей давать не в состоянии.

Кварцевый порфир и липарит. Кварцевый порфир и липарит по химическому и минералогическому составу аналогичны граниту. От последнего они отличаются своей порфировой структурой. Вкрапленниками в них являются кварц и, часто, полевой шпат. Стекловатая разность кварцевых порфиров и липаритов называется вулканическим стеклом или обсидианом.

Цвет кварцевых порфиров и липаритов серый, желтоватый, бледнокрасный и кирпично-красный. Друг от друга кварцевый порфир и липарит отличаются своим возрастом и свежестью составляющих их минералов, кварцевые порфиры подверглись изменениям и несколько темнее липаритов.

Технические свойства кварцевых порфиров и липаритов повышаются с уменьшением количества в них вкрапленников. Поэтому плотные фельзиты (породы без вкрапленников) принадлежат к лучшим сортам строительного камня; механическая прочность их достигает 280 МПа. Наименее выгодной является стекловатая структура, ибо порода в этом случае обладает хрупкостью и легче поддается выветриванию. Все сказанное может быть распространено и на остальные эффузивные породы.

Кварцевые порфиры и липариты довольно широко используются в качестве штучного камня и в виде декоративного и поделочного материала, в том случае когда они имеют красивый цвет и рисунок.

Ортоклазовый порфир и трахит представляют излившиеся аналоги сиенита. От предыдущих излившихся пород они обличаются отсутствием кварца. Характеризуются повышенной пористостью и, благодаря этому, сравнительно малой объемной массой (2,20—2,61) и малым временным сопротивлением сжатию, в среднем 60-70 МПа. Окраска серая до зеленовато-серой, желтоватая и красноватая.

Эти породы легче обрабатываются и быстрее истираются, нежели предыдущие. Трахит в силу своего пористого, ячеистого сложения не поддается полировке, а в силу присущей ему шероховатости (трахит по-гречески означает шероховатый) хорошо связывается со строительными растворами.

Порфирит и андезит по минералогическому составу тождественны диориту. Окраска их колеблется от светлосерой до темносерой, причем порфириты характеризуются, как правило зеленоватыми тонами. Объемная масса находится в пределах 2,56— 2,85 г/см3; временное сопротивление сжатию колеблется между 120-240 МПа. Применяются в качестве строительного камня для самых разнообразных целей.

Диабаз и базальт. Диабаз и базальт тождественны по минералогическому составу габбро и благодаря обилию в них темных составляющих характеризуются почти черной окраской и матовым тусклым видом. Диабазы являются продуктом более древнего времени, базальты же относятся к молодым породам.

Диабаз является отличным материалом для мощения улиц, для чего его применяют в виде диабазовой шашки (брусчатки). Механическая прочность диабазов почти всегда превышает 200 МПа.

Базальт является наиболее тяжелой и наиболее прочной из всех рассмотренных излившихся пород, его объемная масса равна 2,7—3,3 г/см3, а прочность лучших образцов может достигать 500 МПа, что превосходит глубинные породы. Для базальтов характерна высокая хрупкость, вследствие чего они сравнительно легко раскалываются.

Базальт хорошо полируется, однако из-за высокой твердости трудно поддается обработке.

Базальт применяется как в дорожном деле, так и для ответственных инженерных сооружений. Базальт является сравнительно легкоплавкой породой, поэтому используется для получения изделий путем литья. В строительстве используются теплоизоляционные и акустические материалы на основе базальтовой ваты.

7. Вулканообломочные породы

Лавой обычно называют огненно-жидкие продукты извержения вулканов. Лавы содержат в себе в растворенном состоянии значительное количество газообразных продуктов, которые или успевают выделиться до застывания лавы (плотные лавы) или вспенивают ее придавая ей пористую или пузырчатую структуру.

Помимо потоков жидкой лавы, вулканы при извержениях выбрасывают в воздух колоссальное количество той же лавы в раздробленном состоянии (вулканические песок и пепел). Последние иногда так и сохраняются в рыхлом состоянии (пуццолана), а иногда подвергаются последующей цементации, превращаясь в более или менее плотные породы, которые называются вулканическими туфами. Наконец, когда к жидкой лаве при вулканических извержениях примешиваются рыхлые продукты вулканической деятельности, порода называется туфовой лавой.

Артикский туф. Около ст. Артик (Армения), расположены большие разработки туфовой лавы вулкана Алагез, которая не совсем правильно называется артикским туфом. По своим техническим свойствам является ценным строительным материалом для стен Жилых зданий при обязательном, однако, оштукатуривании стен снаружи.

По внешнему виду артикский туф представляет собою пористую, звонкую при ударе породу в основном розовато-фиолетового цвета с различными оттенками. При плотности 2,56 средняя объемная масса породы равна 1200 кг/м3. Соответственно малому объемному весу артикский туф характеризуется высокой пористостью и малой теплопроводностью; истинная пористость породы составляет 57-60 %, коэффициент внутренней теплопроводности в сухом состоянии в два раза меньше, чем для красного кирпича; соответственно этому толщина стены из артикского туфа может быть уменьшена вдвое по сравнению с кирпичной. Механическая прочность артикского туфа невелика, но вполне достаточна для применения его в стенах зданий; его временное сопротивление сжатию в среднем равно 10,5 МПа. Помимо этого артикский туф достаточно морозостоек, легко обрабатывается (его можно пилить обыкновенной пилой) и хорошо держит вбиваемые в него гвозди.

Возраст

Ученые и геологи определяют возраст горных минералов по двум шкалам.

Относительный

Возраст горных пород определяется относительно друг друга: какая моложе, какая старше.

Это выясняют стратиграфическим или палеонтологическим методами:

  • Стратиграфический метод предусматривает изучение взаимного расположения слоев. Но только если за миллионы лет движения из-за тектонических процессов не наблюдалось. То есть разрушения слоев не было, их последовательность сохранилась. В этом случае чем выше слой, тем моложе порода. В самых верхних слоях она самая молодая.
  • Маркер палеонтологического метода – ископаемые органические остатки. Установлено, что слои-ровесники содержат остатки одних и тех же видов растений или животных.

Оба метода берут за основу расположение слоев породы в земной коре.

Абсолютный

Точный возраст залежей выясняют по состоянию радиоактивных элементов в составе.

Степень распада радиоактивных элементов известна точно, у него постоянная скорость, на которую не влияют внешние катаклизмы. Это позволяет установить возраст горной породы с точностью до сотен лет.

Обычно используются уран-235 или 238, торий-232, углерод-14.

Выбор изотопа зависит от предполагаемого возраста породы:

  • Для материала моложе 50 тыс. лет (например, торфа) это изотоп углерода.
  • Изотопы урана, свинца, тория, калия, самария годятся для пород старше 3,5 млрд. лет.
  • Рубидий-стронциевый, уран-свинцовый материал применим к образцам возраста от ста млн. до пяти млрд. лет.

Для определения возраста рассчитывают отношение массы вновь образованного элемента к массе используемого радиоактивного изотопа.

Месторождения

Горные породы – основа земной коры, почти все их месторождения имеют промышленное значение.

Их классифицируют по нескольким признакам:

  • Вид сырья. Рудные, нерудные, горючие (углеводороды, сланцы, угли, торф), гидроминеральные (вода).
  • Геологическое строение. Простые, сложные, особо сложные. За основу взято состояние слоев, равномерность залегания.
  • Глубина залегания. В зависимости от нее сырье добывают открытым (карьер) или закрытым (шахта) способом.

Объемы добычи измеряются миллионами тонн, цена почти всегда устанавливается также за тонну. Исключение – радиоактивные, декоративные материалы. Например, каррарский мрамор.

§ 3. Осадочные горные породы

1. Процессы при происхождении и классификация

Первичные горные породы, находящиеся на земной поверхности, подвергаясь выветриванию, т. е. разрушению под воздействием разнообразных атмосферных факторов (воздуха, воды, смены температур, растительных и животных организмов и т. п.) постепенно превращаются в рыхлые продукты разрушения, которые отчасти ветром и льдом, главным же образом водой, сносятся в более низкие места, закрытые водные бассейны, моря и океаны, где происходит их осаждение. Произошедшие таким образом горные породы называются вторичными или осадочными.
Вода может переносить продукты разрушения двумя путями: 1) механически — мелкие частицы во взвешенном состоянии, а крупные — перекатывая по дну; 2) в виде водного раствора, т. к. некоторые продукты образуются в растворимом в воде состоянии. В зависимости от этого и образование осадка может быть либо в результате механического выпадения частиц из потока, в случае, например, сильного замедления течения реки, либо в результате выделения растворимого вещества в осадок, в случае, например, испарения воды, или химических реакций, в результате которых образуются нерастворимые соединения. Кроме того, образование осадка происходит в результате жизнедеятельности низших животных или растительных организмов. Поэтому осадочные породы подразделяют на механические осадки или обломочные породы, физико-химические осадки и органогенные породы (рис. 4).
Рыхлые механические осадки (глина, песок, гравий, щебень) с течением времени могут быть пропитаны каким-либо природным связующим веществом и сцементированы им в сплошную монолитную массу. К сцементированным породам относятся, например, песчаник (сцементированный песок), конгломерат (сцементированный гравий), брекчия (сцементированный щебень).
Органогенные породы в свою очередь подразделяются на две группы. Если они произошли в результате жизнедеятельности животных организмов, их называют зоогенными, если растительных — фитогенными. К первым относиться известняк-ракушечник, ко вторым —диатомит, трепел, опока. Диатомит образовался из скоплений панцирей микроскопических водорослей — диатомей, состоящих преимущественно из аморфного кремнезема. Трепел – порода, вторичная по отношению к диатомиту, состоящая из мельчайших зерен опала (разновидности аморфного кремнезема), округлой формы. Опока является продуктом уплотнения диатомитов и трепелов.

Магматические горные породы

2. Минералогический состав осадочных горных пород

В осадочных породах, таких как механические осадки, могут встретиться все минералы первичных пород. Однако для осадочных горных пород характерны и свои, присущие только им минералы. В то время как в магматических породах преобладают соли слабых кислот (кремневой и алюмокремневой) в осадочных горных породах силикаты и алюмосиликаты играют подчиненную роль, уступая первое место солям сильных кислот: угольной, серной и т. д.

Из минералов, присущих только осадочным горным породам, наибольшее значение имеют следующие: кальцит, магнезит, доломит, гипс и каолинит (табл. 3).

Магматические горные породы

Кальцит (известковый шпат). Химический состав кальцита выражается формулой СаСО3. Он встречается в составе известняков и мраморов как в виде прекрасно образованных кристаллов, так и в виде сплошной массы разнообразного сложения, зернистой или плотной. Чистый кальцит бесцветен, при наличии же примесей он бывает сероватым, или белым, или окрашенным в светлые оттенки голубого, желтого, бурого и других цветов. Твердость кальцита равна 3, он характеризуется весьма совершенной спайностью по трем направлениям.

Кальцит распознают по реакции с соляной кислотой, с которой он хорошо реагирует даже на холоду, выделяя с характерным вскипанием углекислый газ. Растворимость кальцита в обычной воде ничтожно мала, однако он хорошо растворяется в воде, содержащей CO2. Последнее обстоятельство нужно учитывать при использовании строительного камня из пород, богатых СаСОз.

Магнезит и доломит.В природе углекислый магний, встречается в виде минерала магнезита (MgCO3) в составе одноименной породы. Как естественный строительный камень магнезит значения не имеет, он главным образом идет для изготовления огнеупорных изделий и для приготовления вяжущего вещества — каустического магнезита.

Доломит представляет по химическому составу двойную соль углекислых кальция и магния; формула его такова: CaCO3·MgCO3. Он встречается как в кристаллическом виде, так и в виде зернистых и, реже, землистых масс в составе породы с таким же названием. Применяется как и магнезит в производстве огнеупоров и для получения вяжущего вещества – каустического доломита.

Твердость магнезита и доломита примерно одинакова 3,5—4. Различают их по действию соляной кислоты. Магнезит не реагирует с соляной кислотой ни при каких условиях, а доломит реагирует, но плохо; при подогревании выделяет СО2. В горных породах кальцит и доломит сопутствуют друг другу в различных соотношениях.

Гипс и ангидрит. Природный гипс представляет собой водную сернокислую соль кальция CaSO4 ·2Н2О. Помимо гипса встречается безводная соль — CaSО4 , называемая ангидритом. Ни тот, ни другой как естественные камни, в строительстве не употребляются. Гипс может иногда являться цементирующим веществом в песчаниках. Главное применение гипса и ангидрита – получение гипсовых вяжущих веществ.

Каолинит. Каолинит (Al2O3 ·2SiO2 ·2Н2O) образуется при выветривании полевых шпатов и является главной составной частью многих глин. Чистый каолинит имеет белый цвет, землистый вид, на ощупь слегка жирен и легко рассыпается. Твердость 1.

Водный кремнезем. Минерал состава SiO2 в осадочных породах в отличие от магматических горных пород присутствует не только в кристаллическом состоянии (в виде кварца), но также и в аморфном виде, часто в соединении с водою (SiO2·nH2O); таков например опал, содержащий до нескольких процентов воды. Водный аморфный кремнезем слагает такие осадочные породы как диатомит и трепел, а также является очень прочным природным цементирующим веществом, заполняя промежутки между зернами песка (в песчаниках), и кальцита (в известняках).

3. Структура осадочных горных пород

Важнейшее значение имеют следующие виды структур.

  • Зернисто-кристаллическая (мраморовидная), когда порода состоит из кристаллических зерен, ясно различимых простым глазом или под микроскопом. В зависимости от среднего диаметра составляющих породу зерен различают: мелко- (0,25-0,75 мм), средне- (0,75-1,25 мм), крупно- (1,25-2 мм) и грубозернистую структуру (2-3 мм).
  • Плотная (иначе тонкозернистая), когда зерна трудноотличимы друг от друга даже под микроскопом. Условно к плотным относят породы зернисто-кристаллической структуры с величиной зерна менее 0,25 мм
  • Оолитовая, когда порода состоит из круглых шариков радиально- концентрического сложения, сцементированных тем или иным естественным цементирующим веществом. Встречается у известняков, называемых в этом случае оолитовыми.
  • Обломочная (кластическая), когда горная порода состоит из обломков минералов или горных пород, сцементированных тем или иным природным цементом. Такую структуру имеют песчаники, конгломераты и брекчии.
  • Пенистая или туфовая – структура пористых горных пород и другие.

4. Рыхлые обломочные горные породы

В зависимости от размера частиц условно различают следующие рыхлые породы: глину (<0,005 мм), пыль (0,005-0,05 мм), песок (0,05-5 мм), щебень и гравий (>5 мм), булыжники и валуны (крупные камни).

Глина представляет собой мучнистую, тонкодисперсную породу, сложенную так называемыми глинообразующими минералами: каолинитом, монтмориллонитом (Al2O3·4SiO2·nH2O), гидрослюдами и некоторыми другими, которые состоят из отдельных тончайших частиц (<1 мкм), пластинчатой формы, связанных между собой силами молекулярного притяжения.

Глины образуются в результате выветривания горных пород, богатых полевыми шпатами (гранита, сиенита, гнейса, порфира и т. д.) (См. также § 2, гл. 6).

Песок. Пески могут быть кварцевые, полевошпатовые, известковые, доломитовые и т. д.

Речной песок, морской и озерный пески, характеризуются округлой формой зерен и хорошо обточенной поверхностью. Горный и овражный пески имеют угловатую форму и шероховатую поверхность зерен.

Большие количества песка расходуются для приготовления строительных растворов и бетонов, в дорожном деле для устройства оснований дорог и приготовления асфальтобетона. Громадные количества песка потребляет железнодорожное строительство. Чисто кварцевые (без примесей) пески высоко ценятся и употребляются как сырье в стекольной, керамической и металлургической промышленности.

Гравий и щебень. Щебень является породой первичной по отношению к гравию, он образуется непосредственно из материнской породы при ее разрушении и поэтому состоит из обломков, имеющих угловатую, острогранную, неокатанную форму. Гравий образуется из щебня в руслах рек, по берегам морей и озер. Частицы гравия имеют окатанную форму и гладкую поверхность.

Гравий и щебень применяются в дорожном деле, в качестве балласта для железных дорог и как заполнитель для бетона.

Валуны (булыжные камни). Валунами в строительной практике принято именовать обломки горных пород ледникового происхождения, по размерам превышающие гравий.

Валуны употребляются в бетонном и дорожном деле для получения щебня. Издавна булыжный камень применяли для мощения улиц. Наиболее крупные валуны могут быть использованы в качестве штучного камня для построек.

Свойства и характеристики

Каждая горная порода наделена характеристиками и свойствами, которые создают ее уникальное описание. Среди основных – структура и текстура.

Структура создается зернистостью (форма и габариты зерен), кристалличностью, соотношением компонентов:

  • У магматических учитывается степень кристалличности.
  • Для осадочного материала актуальна форма кристаллов.
  • Метаморфические агломераты классифицируют по размеру зерен.
  • Метасоматические образования наделены гранобластовой структурой.

Текстура – это взаимное расположение и распределение компонентов в объеме:

  • У магматических бывает однородной либо неоднородной.
  • У осадочных различают характер поверхности и межслоевой.
  • Метаморфические горные образования представлены пятнистой, полосчатой, сланцевой, плойчатой, другими текстурами.
  • У метасоматических горных пород она наследуется от исходных компонентов или создается в виде ритмичных слоев.

Текстура отражает слоистость, пористость, массивность, цвета, оттенки породы.

Сферы применения

В отличие от драгоценных минералов, горные породы имеют, в первую очередь, утилитарное, прикладное значение. Но могут приносить и эстетическое наслаждение.

Хозяйственный комплекс

Промышленность, другие отрасли используют горные породы всех видов:

  • Из руд извлекают металлы, включая редкоземельные и ценные. Например, габбро – источник железа, титана, ванадия, никеля, меди, серы. Пироксениты насыщены железом и платиной.
  • Гранитом, мрамором, базальтами, порфирами декорируют здания и интерьеры премиум-уровня. Из кирпича, бетона возводят частные дома, общественные здания.
    Мраморный дворец в Санкт-Петербурге
    Мраморный дворец в Санкт-Петербурге
  • Щебнем, бетоном, битумом выкладывают дороги, автотрассы, тротуары.
  • Уголь, торф, радиоактивное сырье – источник энергии. Его забирают тепло-, гидро-, атомные станции. Углем топят печи в населенных пунктах, куда не добрался газ.
  • Из песка, песчаников изготавливают стекло, силикатный кирпич. Их добавляют в бетон, смесь для покрытия автомобильного или железнодорожного полотна.
  • Доломит используется при производстве изделий из резины, фарфора, фаянса.
    Кристалл доломита
    Кристалл доломита
  • Известняк – исходник для получения химического ассортимента: соляной, уксусной кислоты, ацетилена, каустической соды, карбида кальция, цемента.
  • Из глины получают черепицу, посуду, кирпичи, фарфоро-фаянсовые изделия. Специальной разновидностью очищают жиры, масла, соки. Ее ценят косметологи и врачи.
  • Это полезная составляющая сельхозудобрений.

Без горных минералов не обходится пищевая, химическая отрасль, машино-, приборостроение.

Нашли применение даже алмазы. Рядовое сырье служит абразивом, элитный горный минерал превращается в бриллиант.

Его разновидность графит становится стержнями в карандашах и ядерных реакторах.

применение графита
Применение графита

Другие сферы

Достоянием истории стала античная скульптура из мрамора, греческий Парфенон, средневековые храмы.

Современными мастерами-камнерезами востребованы гранит, мрамор, яшмы, эстетические разновидности другого сырья. Из них изготавливают статуи, канделябры, настольные приборы, резные каминные полки, другие подобные изделия. А также эзотерический ассортимент, раскупаемый адептами эзотерики, магами, целителями.

Столешницы из мрамора
Столешницы из мрамора

Собиратели минералогических коллекций не упустят возможности приобрести даже рядовой экземпляр для полноты ассортимента.

Источники

  • https://jgems.ru/interesnoe/gornye-porody
  • http://www.mining-portal.ru/library/char_rock_mass/natura_materials/

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Сайт каталог о камнях / gorodgranit