Горными породами называются плотные или рыхлые агрегаты, слагающие земную кору. Горные породы состоят из зерен, кристаллов, обломков различных минералов, а также вещества, связывающего (цементирующего) эти частицы, и пор (пустот). Во многих породах в порах содержится вода, которая влияет на взаимосвязь минеральных частиц.
Основными породообразующими минералами являются: группа кварцевых (кварц, кремень, халцедон и др.), силикаты (полевые шпаты, слюда, амфиболы, пироксены и др.), карбонаты (кальцит, доломит), гидрофильные глинистые (каолинит, монтмориллонит и др.) и водорастворимые (гипс, га-лит и др.).
Горные породы по происхождению делятся на магматические, изверженные, осадочные и метаморфические.
Магматические горные породы образуются в результате охлаждения и затвердения магмы. В зависимости от места ее затвердения они делятся на интрузивные, или глубинные, и эффузивные, или излившиеся (изверженные, вулканические). К первым относятся гранит, сиенит, диорит, габбро; ко вторым — диабаз, андезит, базальт и др.
Осадочные горные породы образуются в результате разрушения земной коры: к ним относятся песчаники, сланцы, известняки, торф, лигнит, бурый и каменный угли, антрацит, каменная соль и др. При бурении нефтяных и газовых скважин наиболее часто встречаются породы, состоящие из следующих минералов: глинистых (каолинита, монтмориллонита и др.), сульфатных (гипса, ангидрита, барита), карбонатных (кальцита, доломита), оксидных (кварца и др.). Глинистые минералы — водные алюмосиликаты — характеризуются наличием частиц исключительно малого размера и чешуйчатым строением. Реже встречаются брекчии, галечники, кремни, каменная соль и др.
Метаморфические горные породы образуются в результате изменения внутреннего строения, химического состава и физических свойств пород под влиянием высоких температуры и давления (кварциты, мраморы, слюдяные сланцы и др.).
Классификация пород по А.В. Пустовалову приведена в табл. 6.1, а классификация горных пород по размерам обломков — в табл. 6.2.
По строению горные породы подразделяются на кристаллические, аморфные и обломочные.
Кристаллическими бывают магматические и осадочные породы. Осадочные кристаллические породы образуются в результате выпадения из водных растворов или в результате химических реакций, происходящих в земной коре. К ним относятся соль, гипс, ангидрит, известняки, мел, доло-
Таблица 6.1
Классификация пород по структурным признакам
|
Структура |
Размеры кристаллов, мм |
Характеристика |
|
Крупнокристаллическая Среднекристаллическая Скрытокристаллическая Пелитоморфная |
>1,0 0,1-1,0 0,01-0,10 0,01 |
Кристаллы различаются невооруженным глазом Кристаллы видны в лупу Кристаллы различимы под микроскопом Кристаллы и форма различимы только под микроскопом |
Таблица 6.2
Классификация горных пород по размерам обломков
|
Размеры обломков, мм |
Характер пород и сложение частиц обломков |
||||
|
Рыхлые |
Сцементированные |
Основные струк- |
|||
|
|
Угловатые |
Окатанные |
Угловатые |
Окатанные |
туры |
|
>1000 100-1000 10-100 2-10 0,1-2 0,01-0,1 <0,01 |
Глыбы Мелкие глыбы Щебень Дресна |
Крупные валуны Валуны Галечник Гравий Песок Алеврит Пелит (глина) |
Брекчия |
Конгломерат Песчаник Алевролит Аргиллит |
Грубообломочные (псефиты) Песчаные (псаммиты) Мелкоземлистые (алевриты) Глинистые (пелиты) |
миты и органогенные породы, являющиеся продуктами жизнедеятельности организмов.
Горные породы аморфного строения встречаются реже. К ним относятся естественные стекла-обсидианы, имеющие тонкокристаллическое или неполнокристаллическое строение, например, кремни.
Важную группу составляют обломочные породы, которые образуются в результате выветривания, переноса под действием воды или ветра и дальнейшего их разрушения.
Горные породы могут быть однородными, неоднородными, изотропными и анизотропными.
Горные породы неоднородны по минералогическому составу, распределению зерен в массе породы, пористости и проницаемости, степени уплотненности и трещиноватости. Такая неоднородность играет важную роль в процессах разрушения горной породы, их эффективности, так как неоднородность имеет большое значение при оценке их прочностных свойств.
Изотропные породы обладают одинаковыми свойствами во всех направлениях; анизотропные — неодинаковыми свойствами в разных направлениях. Анизотропия горных пород обусловливается главным образом их слоистостью. Упругие свойства и прочность горных пород резко различаются в зависимости от направления действия сил по отношению к плоскости напластования.
В механике горные породы по характеру связей между частицами подразделяются на три основные группы: скальные (прочные), силы взаимодействия между частицами которых, главным образом, электрические;
нескальные (глинистые породы, грунты) с взаимодействием коллоидальных частей, адсорбирующихся на поверхности обломков; сыпучие (раздельно-зернистые).
У прочих пород минеральные частицы связаны цементирующими веществами: кремнистыми (кварцевыми, халцедоновыми), железистыми, из-вестковистыми, глинистыми, мергелистыми, гипсовыми и др. Наиболее прочными являются породы с кремнистой и железистой цементацией (например, кварциты и кремнистые песчаники), наименее прочные — с глинистой и гипсовой.
Сыпучие горные породы представляют собой скопления не связанных друг с другом минеральных частиц (зерен, обломков). Главные минеральные компоненты песков — кварц, полевые шпаты и обломки различных пород и минералов.
Обратите внимание: