Материал: Інженерно-геологічні особливості магматичних, метаморфічних, осадових гірських порід

Інженерно-геологічні особливості магматичних, метаморфічних, осадових гірських порід

Міністерство освіти і науки України

Національний університет «Львівська політехніка»

Реферат на тему:

«Інженерно-геологічні особливості магматичних, метаморфічних, осадових гірських порід»

Виконав:

Ст.гр. БД-26

Нарзикулов Б.В.

Прийняв:

Турба Ю.В.

Львів 2014

Зміст

ГІРСЬКІ ПОРОДИ

. Магматичні гірські породи

.1 Походження та класифікація

.2 Структура і текстура

.3 Форми залягання

.4 Види окремостей

.5 Будівельні властивості

. Осадові породи

.1 Походження осадових

.2 Особливості осадових порід

.3 Структура і текстура

.4 Класифікація уламкових порід

.5 Хімічні та змішані породи

.6 Органогенні (біохімічні) породи

. Метаморфічні гірські породи.

.1 Особливості метаморфічних порід

.2 Класифікація і характеристика метаморфічних порід

1. Магматичні гірські породи

.1 Походження та класифікація

Налічується близько 600 видів та різновидів магматичних порід. Вони виникають при охолодженні розплавленої магми, що утворюється в земних надрах і являє собою силікатну за складом масу, насичену різноманітними газами та водяною парою. Розплавлена магма тріщинами та розломами проникає у напрямку поверхні землі. В одних випадках вона захолоняє в надрах і таким чином утворюються глибинні (інтрузивні) магматичні породи, в інших випадках вона досягає поверхні землі і таким чином утворюються виливні (ефузивні) магматичні породи; останні є аналогами глибинних.

Умови охолодження магми на глибині та на поверхні (чи близько до поверхні) Землі різні. Глибинні порода утворюються в умовах високого тиску, повільного та рівномірного охолодження. В цьому разі відбувається повна розкристалізація магми, утворюються щільні, масивні, повнокристалічні породи, що залягають великими масивами (граніт, габро).

Ефузивні магматичні породи формуються в умовах низького тиску і температури, при швидкому охолодженні та виділенні газових компонентів. Магма не повністю кристалізується, виникають породи з великою кількістю аморфного скла, нерідко з великою пористістю (базальт, пемза). Ефузивні породи, що утворилися в палеозойській ері і раніше, називають стародавніми (палеотипними), а в більш пізній час - молодими (кайнотипними). В палеотипних породах відбулися вторинні процеси, хімічні реакції, що призвели до появи вторинних мінералів (приміром, хлориту у складі діабазів).

Магматичні породи класифікуються також за вмістом двоокису кремнію SiO2. Якщо у їх складі SiO2 >75% вони ультракислі, 65…75% - кислі, 52…65% - середні, 40…52% - основні,SiO2< 40% - ультраосновні. Цей розподіл магматичних порід за вмістом кремнезему має певне практичне значення: породи з невисоким вмістом SiO2 мають більшу питому вагу, нижчу температуру плавлення, краще поліруються. При зменшенні вмісту SiO2 забарвлення змінюється від світлого до темного, поступово зникає вільний кварц і збільшується вміст піроксенів, підвищується в’язкість порід.

До складу магматичних порід входить велика кількість первинних мінералів (польові шпати, амфіболи, піроксени, кварц, слюди), що утворилися ендогенним шляхом, а також зустрічаються вторинні мінерали (карбонати, глинисті), які виникли з первинних мінералів при їх вивітрюванні. Кількість цих мінералів свідчить про ступінь вивітрилості порід.

1.2 Структура і текстура

Властивості порід в значній мірі залежать від внутрішньої будови та складу їх. В зв’язку з цим виникає необхідність у вивченні структури та текстури гірських порід.

Структура інтрузивних магматичних порід завжди кристалічно-зерниста; вона буває:

·        - рівномірнозерниста: крупнозерниста (розмір зерен більш ніж 5 мм), середньозерниста (1…5 мм), та дрібнозерниста (менше 1мм)

·        - порфироподібна - коли серед маси дрібних чи середнього розміру зерен зустрічаються значно крупніші (порфирові вкраплення).

Структура ефузивних порід буває:

·        порфирова - серед аморфного вулканічного скла зустрічаються окремі зерна мінералів;

·        прихованокристалічна, коли вкраплені у вулканічне скло зерна дуже малі за розміром;

·        склувата - зерна мінералів відсутні, порода складена вулканічним склом.

Текстура магматичних порід буває:

·        масивна - рівномірне, щільне розміщення зерен мінералів в масиві гірської породи;

·        смугаста - чергування смуг із різним мінеральним складом, кольором або різною структурою;

·        шлакова - порода містить в собі великі пори, пустоти, залишені пухирцями газів, що виділялися з лави;

·        плямиста - на фоні однорідної маси вирізняються плями іншого кольору;

·        очкова - плями мають округлу форму;

·        флюїдальна - зерна зорієнтовані в напрямку потоку.

1.3 Форми залягання

порода гірський осадовий уламковий

Ефузивні магматичні породи залягають у вигляді різноманітних потоків, покривів та куполів залежно від рельєфу місцевості та складу магми.

Форми залягання інтрузивних порід розподіляються на січні та згідні. До січних відносять батоліти, жили, штоки, дайки і гарполіти. До згідних - лаколіти, лопотіти (див. рис. 1).

Батоліт - це велика магматична інтрузія, площа якої перевершує 100 км2, в плані батоліт має овальну форму, подекуди з нього можуть виступати куполи.

Гарполіт у розтині має серпоподібну форму, у плані - овальну.

Шток - частіше невеликого розміру інтрузія стовпоподібної або неправильної форми.

Дайка - плитоподібна за формою, стрімкопадаюча інтрузія, має невелику товщину і значну протяжність.

Лаколіт - це інтрузія грибоподібної форми, розміром до 10 км2; магматичний розплав проникає в міжшаровий простір, злегка підіймаючи верхні шари гірських порід.

Лополіт - блюдцеподібне магматичне утворення, що залягає узгоджено із тими породами, що вміщують його.

Сіл - жила пластова, утворена внаслідок проникнення магми між шарами осадових порід таким чином, що підошва жили є покрівлею нижнього шару, а покрівля являє собою підошву верхнього шару. Особливістю сілу є зберігання постійної потужності - від кількох см до десятків метрів.

Рисунок 1 - Форми залягання магматичних гірських порід:

- батоліт; 2 - лаколіт; 3 - жила; 4 - шток; 5 - дайка; 6 - лавовий покрив; 7 - вулканічний конус; 8 - осадові гірські породи.

1.4 Види окремостей порід

При охолодженні магми зменшується її об’єм, що призводить до виникнення тонких тріщин в масивах гірських порід. Такі тріщини розділяють породу на блоки певної форми, які називаються окремостями. Приміром, гранітам притаманна матрацеподібна окремість, діоритам - кульова, базальтам - стовпчаста.

Вид окремостей має значення при розробці гірських порід, він в деякій мірі полегшує видобуток, розколювання та обробку матеріалу. Стовпчаста окремість базальту, приміром, сприяє видобутку та застосуванню його для брукування шляхів.

1.5 Будівельні властивості

Невивітрілі магматичні породи мають високі будівельні властивості, обумовлені мінеральним складом та жорсткими кристалізаційними зв’язками між окремими зернами. Найміцнішими є породи, з дрібнозернистою і рівномірнозернистою структурою та масивною текстурою. Меншу міцність мають породи крупнозернисті, з порфировою та склуватою структурою. Смугаста текстура полегшує розробку гірської породи, але знижує її якість.

Міцність магматичних порід оцінюють межею міцності при стисканні зразків. Так, для гранітів, сієнітів. вона дорівнює 1200¼2500 кг/см2, для діоритів, андезитів - 1500¼3000 кг/см2, для габро, діабазів, базальтів - 2500¼5000 кг/см2. Але слід враховувати, що в природних умовах, в масивах гірські породи звичайно розбиті системою тріщин, що значно знижують міцність.

В цілому на оцінку надійності магматичних гірських порід впливає ступінь їх вивітрілості, наявність тріщинуватості, форми залягання, структура, текстура т. ін.

2. Осадові породи

Осадові гірські породи є вторинними породами. Вони утворюються на поверхні землі, де під впливом води, повітря, живих організмів і сонячної енергії постійно змінюється поверхневий шар літосфери, руйнуються первинні гірські породи і мінерали. Продукти руйнування транспортуються на схилах під впливом сили тяжіння, переносяться вітром або водою, осідають із водяних розчинів.

2.1 Походження осадових порід

Зміна форми залягання, мінерального складу та місця залягання гірської породи під впливом фізичних та біологічних чинників називається вивітрюванням. Виділяють три типи вивітрювання гірських порід: фізичне, хімічне та біологічне. Внаслідок дії атмосферних чинників, таких як коливання температури повітря та вода, відбувається фізичне вивітрювання первинних гірських порід, тобто, руйнування їх внаслідок розширення мінералів при нагріванні та стискання при охолодженні. Оскільки гірські породи неоднорідні за своїм мінералогічним складом, а різні мінерали змінюються в об’ємі при нагріванні та охолодженні по-різному, то порушується зв’язок між окремими мінералами. На контактах поміж ними з’являються щілини, в них потрапляє вода, повітря, проникає коріння рослин, оселяються лишайники та бактерії. Усе це з часом зумовлює руйнування масивної кристалічної породи і сприяє створенню уламків.

Виділяють певні стадії утворення уламкових осадових гірських порід:

руйнування;

перенесення;

накопичення (акумуляція);

перетворення первинного осаду в гірську породу (діагенез); при цьому витискується зайва волога, з’являються кристалічні зв’язки, інколи відбувається цементація.

Фізичне руйнування гірських порід спричинюється і льодовиками. Льодовикові маси під час руху механічно подрібнюють та переносять уламки кристалічних порід, перетворюючи їх на валуни, гальку, пісок і. т. ін..

Руйнує тверді гірські породи і вітер внаслідок обточування скель дрібними, зваженими рухомим повітрям, уламками (коразія).

Вітер видуває (дефляція) уламки (частки) і переносить їх на великі відстані. При зменшенні швидкості вони відсортовуються і відкладаються. Утворюються так звані еолові відклади (піски, леси)

Значну роль в утворенні гірських порід відіграють річки. Величезна кількість змитих текучими водами піску, глини, пилу відкладається в долинах, дельтах річок, морях, океанах.

Помітну роботу виконують дощові і снігові води. Вони переносять продукти руйнування (пісок, мул, глину), сортують і відкладають наносні породи, розчиняють різні хімічні сполуки.

Велику руйнівну роботу виконують також морські хвилі - руйнують, подрібнюють скелясті береги, переносять і обробляють продукти руйнування, відкладають їх, утворюючи потужні товщі осадів.

Внаслідок сукупної дії всіх чинників, які беруть участь у фізичному руйнуванні, кристалічні порода на поверхні Землі перетворюються на брили, валуни, гальку, щебінь, жорству гравій, пісок; при цьому мінералогічний склад уламків не змінюється. Вказані породи називаються уламковими осадовими породами.

Фізичне вивітрювання сприяє розвитку хімічного вивітрювання, яке відбувається під впливом води, кисню, вуглекислоти та інших газів, що містяться в повітрі.

Внаслідок хімічного вивітрювання змінюється хімічний склад мінералів і вони перетворюються на сполуки з іншою будовою і властивостями. Процеси хімічного вивітрювання досить складні і різноманітні. Це розчинення, окислення, гідратація, гідроліз, каолінізація, карбонізація, серпентинизація, бокситизація.

Одним з основних чинників хімічного вивітрювання є вода. Вона розчиняє мінерали, зволожує продукти їх розкладу, входить до складу мінералів. Наявність у воді вуглекислого газу посилює гідроліз. Суть цього процесу полягає в тому, що в кристалічних просторових гратах мінералів іони лужних металів замінюються іонами водню дисоційованої води.

Дуже поширеним у природі є процес окислення, коли кисень повітря проникає в товщу гірських порід і взаємодіє з ними. Окислюються здебільшого породи, що містять сполуки оксиду заліза або інші елементи, здатні окислюватися. Внаслідок окислення змінюється будова, колір породи, утворюються вторинні мінерали.

Гідратація - це хімічне приєднання до мінералів води. Сполуки, що утворюються в процесі гідратації, називаються гідратами.

Каолінізація - складний процес хімічного вивітрювання, суть якого полягає в дії води і вуглекислоти, внаслідок чого утворюються глинисті мінерали. Наприклад, з польових шпатів утворюється каолініт.

Карбонізація - це процес зміни гірської породи, у результаті якого утворюються карбонати кальцію, магнію, заліза та ін.

Серпентинизація - процес перетворення магнезіально-залізистих мінералів на серпентин.

Бокситизація полягає в тому, що в умовах вологого і теплого клімату алюмосилікатні гірські породи вилуговуються природними водами, багатими на органічні кислоти .Так утворюється мінерал боксит.

Продукти хімічного вивітрювання не залишаються без змін. Вони взаємодіють між собою і утворюють досить складні сполуки, виникають нові вторинні мінерали - алюмосилікати і феросилікати або глинисті мінерали. Таким шляхом утворюються хімічні осадові гірські породи, до яких належать вапняки, гіпси, доломіти, соляні поклади та ін.

Біологічне вивітрювання - це фізичні і хімічні зміни мінералів і гірських порід під впливом рослинних і тваринних організмів. Коріння рослин (досягає 10-20 м) механічно розпушує породу, залишаючи після себе кореневі ходи, якими в грунт надходить вода з розчиненими в ній вуглекислим газом і киснем. З ростом коріння зростає напруженість рослини, розширюються тріщини навіть у скелях. Досліди свідчать, що корінь діаметром 10 см і довжиною 100см може зрушити брилу породи масою 30-50 т. Це сприяє фізичному вивітрюванні гірських порід.

У процесі життєдіяльності коріння рослин зі своїх клітин виділяє вуглекислий газ і органічні кислоти, що руйнують мінерали. Відбувається повний розпад мінералу, його біохімічне вивітрювання. Значну роль у вивітрюванні відіграють водорості, лишайники, мохи та мікроорганізми. Бактерії, гриби і водорості руйнують мінерал в 20 разів швидше, ніж фізичні чинники. Так, деякі бактерії в процесі життєдіяльності виділяють азотну кислоту, яка руйнує порівняно стійкі гірські породи. Польові шпати під впливом мікроорганізмів, зокрема діатомових водоростей, перетворюються на глину. Таким шляхом утворюються органогенні осадові породи, різноманітні за складом і походженням:

зоогенні (вапняки - черепашники, крейда);

органогенні (торф, вугілля, діатоміти);

сапропелеві (мули, сапропелі, асфальт, бітум).

Часто пухка вторинна порода переноситься за допомогою води, вітру, льоду на далекі відстані. Під час транспортування осадові породи сортуються за розмірами і масою часток, певною мірою змінюється їх хімічний склад. З осадових порід складається верхня частина літосфери, отже вони знаходяться в зоні інженерної діяльності людини і найчастіше використовуються як основа, середовище та матеріал для будівництва.

2.2 Особливості осадових порід

Осадові породи значного мірою відрізняються від інших гірських порід за рядом ознак: це шаруватість залягання, пористість, характерний мінеральний та хімічний склад, залежність складу і властивостей від кліматичних умов, вміст органічних залишків.

Шаруватість - це властивість утворювати своєрідну макротекстуру - специфічну форму залягання осадових гірських порід. Віділяють такі форми:

шари (пласти, верстви) - однакові за складом, кольором та розміром часток значної потужності (найкоротша відстань між покрівлею і підошвою) та протяжності з чітко вираженими площинами нашарування - покрівлею і підошвою; це поверхні що відокремлюють його від молодого і давнього шарів;