Магматические горные породы

<1 2 345 6 7 >

Магматические горные породы образуются в результате охлаждения магмы – силикатного расплава, до температур 1200⁰ – 800⁰ С. Сначала при высоких температурах выделяются и кристаллизуются из магмы более тугоплавкие железосодержащие минералы группы пироксенов и оливины, затем при Т ниже 1100⁰С из более кислых магм выделяются светлые полевые шпаты и последним - кварц. Отличительной особенностью магматических пород является преобладание в их составе минералов класса силикатов и, как правило, наличие двух или даже трех породообразующих минералов.

По расчетам ученых до глубины примерно 16 км земная кора построена на 95 % из магматических и метаморфических пород, из которых на долю магматических пород приходится 60…70 % . При этом около 90 % пород кристаллизуется на глубине, при высоких температурах – 1200 ⁰ – 800 ⁰С, высоком давлении при медленном охлаждении магмы с выделением видимых на глаз минеральных индивидов и возникновением интрузивных пород. Лишь 10 % магмы достигается земной поверхности в виде лавы – излившейся на поверхность и обогащенной газами магмы, проявляется в виде катастрофических извержений вулканов и относительно быстрой ее кристаллизацией на земной поверхности с образованием эффузивных горных пород. Согласно Петрографическому кодексу [4] тип магматических горных пород подразделяется по фациальным условиям образования на два класса.

Таблица 10

Выписка из ГОСТ 25100-2011 «Классификация грунтов».

I Класс. Природные скальные грунты

Класс	Тип (подтип)	Вид	Подвид *	Разновидности выделяются по следующим свойствам
Скальные (с жесткими кристаллизационными связями между минералами)	Магматические (интрузивные)	Силикатные	Ультраосновные Основные Средние Кислые	Перидотиты, дуниты, пироксениты и др. Габбро, нориты, анортозиты, диабазы, долериты и др. Диориты, сиениты и др. Граниты, гранодиориты, кварцевые сиениты, порфиры и др.	1) по пределу прочности на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии; 2) плотности скелета грунта; 3) коэффициенту выветрелости, 4) степени размягчаемости; 5) степени растворимости; 6) степени водопроницаемости; 7) степени засоленности; 8) структуре и текстуре; 9) температуре.
	Магматические (эффузивные)	Силикатные	Ультраосновные Основные Средние Кислые	Пикриты, коматииты и др. Базальты, долериты, порфириты и др. Андезиты, трахиты и др. Риолиты, дациты и др.
	Метаморфические	Силикатные Карбонатные	Гнейсы, сланцы, кварциты, роговики, скарны, грейзены, березиты, пропилиты, вторичные кварциты, гидротермально измененные грунты и др. Мраморы и др.
	Осадочные	Силикатные Карбонатные	Песчаники, конгломераты, аргиллиты, алевролиты, сцементированные глины Известняки, доломиты, мел, мергели


		Кремнистые Сульфатные	Опоки, диатомиты и др. Гипсы, ангидриты и др.
		Галоидные	Галиты и др. Бурые угли, битуминозные известняки
		Органо-минеральные
Элювиальные	Минеральные	Скальные грунты трещинных зон коры выветривания
* Приведены наименования наиболее распространенных грунтов.

Окончание табл. 10

II Класс. Природные дисперсные грунты

Класс	Подкласс	Тип	Подтип	Вид	Подвид	Разновидности – по следующим свойствам
Дисперс- ные (или нескальные)	Несвяз- ные - рыхлые (без связей между обломкоми и зернами)	Осадочные	Флювиальные, ледниковые, эоловые, склоновые и др.	Минеральные	Крупнообломочные грунты Пески	1) гранулометрическому составу (крупнообломочные грунты и пески); 2) числу пластичности и гранулометрическому составу (глинистые грунты и илы); 3) степени неоднородности гранулометрического состава (пески); 4) показателю текучести (глинистые грунты); 5) относительной деформации набухания без нагрузки (глинистые грунты); 6) относительной деформации просадочности (глинистые грунты); 7) коэффициенту водонасыщения (крупнообломочные грунты и пески); 8) коэффициенту пористости (пески); 9) степени плотности (пески); 10) коэффициенту выветрелости (крупнообломочные грунты); 11) коэффициенту истираемости (крупнообломочные грунты); 12) относительному содержанию органического вещества (пески и глинистые грунты); 13) степени разложения (торфы); 14) степени зольности (торфы); 15) степени засоленности; 16) относительной деформации пучения; 17) температуре
Органо- минеральные	Заторфованные пески
Элювиаль- ные	Образованные в результате выветривания: физического, химического, биологического	Минеральные и органо- минеральные	Крупнообломочные породы и пески обломочных и дисперсных зон коры выветривания и почвы
Связные - глинистые (водно-коллоидные обратимые связи)	Осадочные	Флювиальные, ледниковые, эоловые, склоновые и др.	Минеральные	Глинистые грунты
Органо- минеральные	Илы. Сапропели. Заторфованные глинистые грунты и др.
Элювиаль- ные	Образованные в результате выветривания: физического, химического, биологического	Минеральные и органо- минеральные	Глинистые грунты дисперсных зон коры выветривания и почвы

1. Класс плутонических или интрузивных, или глубинных (абиссальных) горных пород, отличаются полнокристаллическими структурами и массивными, плотными текстурами, что объясняется длительной и медленной кристаллизацией магмы в недрах земной коры на глубинах более 2 – 3 км при относительно постоянных физико-химических условиях.

2. Класс вулканических или эффузивных пород отличаются скрытокристаллическими, стекловатыми и порфировыми структурами и пузырчатыми или пористыми плотными текстурами, образовались при относительно быстрой кристаллизации магмы – лавы на поверхности Земли.

Классы пород подразделяются на подклассы. Интрузивные – на абиссальные (кристаллизуются на глубинах десятки км) и гипабиссальные или полуглубинные породы, образовавшиеся на глубинах менее 2…3 км. Последние характеризуются промежуточными свойствами пород с преобладание порфировидных структур и залеганием в виде малых интрузий – даек, жил, силл (см. рис. 3). Эффузивные породы подразделяются на кайнотипные и палеотипные. Первые – это относительно молодые – с возрастом до 70 млн. лет, породы пузырчатой текстуры и скрытокристаллических и порфировых структур, а вторые – более древние, когда-то перекрывавшиеся молодыми эффузивными и осадочными породами, отличаются более плотной, иногда рассланцованной, миндалекаменной текстурами, а также тонкокристаллической и порфировой структурами. Влияние структур магматических пород и структурных связей между минералами на их прочность приводится в табл. 8 и 9.

Таким образом, отличить интрузивную породу от эффузивной породы можно по строению: структуре и текстуре. Для интрузивных пород кроме выше перечисленных характерна порфировидная структура – неравнокристаллическое строение породы, когда на фоне полнокристаллической структуры выделяются еще более крупные вкрапленники минералов (порфиры), которые первыми кристаллизовались из магмы. Для эффузивных кайнотипных, иногда палеотипных горных пород - порфировая структура - основная масса породы имеет скрыто-тонко-кристаллическую (афанитовую или стекловидную) структуру, на фоне которой выделяются крупные вкрапленники минералов (порфиры) размером от 1 и более мм.

Все классы магматических пород далее подразделяются по вещественному – минеральному и химическому, составу в зависимости от содержания кремнезема (SiO₂) на четыре группы: ультраоснóвные, оснóвные, средние и кислые. Считается, что горные породы определенного состава кристаллизовались из магм соответствующего химического состава. Соответственно от состава магмы зависит минеральный состав горных пород – качественное и количественное содержание породообразующих минералов, а также их цвет. При этом у каждой интрузивной породы имеется свой эффузивный аналог, т.е. порода с аналогичным минеральным составом и соответственно цветом. Упрощенная классификация магматических горных пород приводится в табл. 11. Подробнее о магматических горных породах, формах залегания, особенностях распространения в земной коре и их значении, связи с ними руд металлов рекомендуется прочитать в других учебниках и пособиях [1, 2, 8, 10].

В целом, магматические горные породы, имеющие ионно-ковалентные виды жестких структурных химических связей, как грунты характеризуются высокой механической прочностью, и являются надежным основанием для различных зданий и сооружений и качественным строительным материалом. Однако полиминеральный состав, пестрая и разноцветная окраска этих пород способствуют их разрушению (выветриванию) на земной поверхности и вблизи нее. Образующиеся и пересекающие их системы трещин, с одной стороны, снижают качество строительных материалов, а с другой, облегчают их разработку и способствуют фильтрации подземных вод. Прочность и устойчивость грунтов зависит также и от структур и текстур горных пород (см. табл.8 и 9).

Таблица 11

Классификация и определитель магматических горных пород

Состав горных пород	Классы и виды горных пород
Группы по содержанию SiO₂, %	Породообразующие минералы, %	Глубинные (интрузивные), массивные и полнокристаллические	Излившиеся (эффузивные)
Измененные – Плотные, тонко-мелкокристаллические, порфировые	свежие - пористые, пузырчатые, скрытокристаллические
Кислые (78–65)	Кварц (25–40), полевые шпаты (45–70), слюда+роговая обманка (3–10)	Граниты Аляскиты	Кварцевый порфир^*	Риолит (липарит^*)
Средние (64–54)	Полевые шпаты (70–90), роговая обманка + биотит (10–20), кварца (5–10)	Сиениты	Порфир^*	Трахит
Плагиоклазы (60–70), авгит+роговая обманка+ биотит (5–40), кварца (5–10)	Диориты	Порфирит^*	Андезит
Оснóвные (53–45)	Плагиоклазы (40–50), авгит (50–60), оливин	Габбро Лабрадорит	Диабаз^* (порфирит базальтовый)	Базальт
Ультраоснóв ные (30–45)	Авгит	Пироксениты	–	–
Авгит, оливин	Перидотиты	–	–
Оливин, хромит	Дуниты	–	–

^* Устаревшие названия, которые не используются согласно современному Петрографическому кодексу [4]

Особенности генезиса и распространения осадочных горных пород

Несмотря на то, что осадочные горные породы составляют всего лишь
5 % массы земной коры, они покрывают более 75 % ее площади. Чаще всего строители проводят свои работы именно в осадочных горных породах.

Осадочные горные породы образуются на земной поверхности и вблизи нее в результате экзогенных процессов, которые зависят от многочисленных внешних факторов: климата – колебаний температур, влажности, циркуляции воздуха, состава атмосферы, а также состава и циркуляции поверхностных, подземных и океанических вод; от рельефа и других. Перечисленные экзогенные условия меняются как в пространстве от широты и высоты местности, так и во времени (суточные, сезонные, годовые и многолетние колебания). Осадочные породы формируются в очень разнообразных условиях, что фиксируется в их составе, строении и формах залегания. Породы одного вида – названия, могут принципиально отличаться своими свойствами, особенно это касается глин. Поэтому в инженерной геологии осадочным горным породам уделяют особое внимание. Процессы образования пород описаны во многих геологических учебниках и пособиях [1, 2, 6, 8, 10]. Рассмотрим классификацию и отличительные особенности осадочных горных пород.

Тип осадочных горных пород подразделяется на следующие генетические классы: обломочные, химические (или хемогенные), биологические (или биогенные), смешенные: хемобиогенные, вулканогенно-осадочные и другие. Учитывая их распространенность на земной поверхности и изменчивость по простиранию и на глубину в земной коре, будущие строители должны хорошо запомнить отличительные особенности осадочных горных пород. Опишем их подробнее и обратим внимание на актуальные для строителей характеристики.