Минеральный состав и строение горных пород

ОГЛАВЛЕНИЕ

УДК 549.01(075.8)

ОПРЕДЕЛИТЕЛЬ ГОРНЫХ ПОРОД

Учебно-методическое пособие к лабораторным работам

по дисциплинам “Геология” и “Инженерная геология”

для студентов всех форм обучения специальностей

направления “Строительство”

Научный редактор – проф., д-р техн. наук Ф.Л. Капустин

Екатеринбург

ББК 26.34а73

Б24

Рецензенты: профессор кафедры структурной геологии и геокартирования Уральского государственного горного университета, доктор геолого-минера-логических наук А.Т. Расулов;

доцент кафедры материаловедение в строительстве, кандидат геолого-мине-ралогических наук В.Н. Логинов

ОПРЕДЕЛИТЕЛЬ ГОРНЫХ ПОРОД(без микроскопа): учебно-методическое пособие. Б.В. Баранов. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. 33 с.

Изложены теоретические основы классификации трех генетических ти-пов горных пород: магматических, осадочных, метаморфических. Дана крат-кая характеристика наиболее распространенных из них в земной коре. Приве-дены методические рекомендации по определению названий пород по внеш-ним признакам: окраске, минеральному составу, структуре и текстуре.

Пособие предназначено для студентов всех форм обучения строи-тельных специальностей по направлению подготовки дипломированных спе-циалистов “Строительство”, а также инженерно-техническим работникам, профессиональная деятельность которых связана геологией.

Библиогр.: 18 назв. Табл. 7. Рис. 2

© ГОУ ВПО “Уральский государственный технический университет-УПИ”, 2005

© Баранов Б.В.

ВВЕДЕНИЕ............................................... 5

1. ПРЕДМЕТ, ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ПЕТРОГРАФИИ.......... 6

2. МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ И СТРОЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД.. 8

3. МАГМАТИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ.................. 10

3.1. Химическая классификация магматических горных пород. 12

3.2. Краткая характеристика магматических горных пород.... 13

4. ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ....................... 19

4.1. Главнейшие типы осадочных горных пород............. 20

4.2. Определение осадочных горных пород..................22

5. МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ................ 22

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК......................... 32

ВВЕДЕНИЕ

Среди учебной литературы для студентов почти нет пособий для прак-тических занятий по дисциплинам “Общая геология” и “Инженерная геоло-гия”. Существующие учебники по петрографии или слишком велики по объе-му и рассчитаны на обслуживание специальных курсов, или построены как учебные пособия для прохождения теоретической части общих курсов геоло-гии. Данное учебно-методическое пособие составлено в соответствии с рабо-чими программами дисциплин “Основы геологии” и “Инженерная геология” для студентов всех специальностей направления “Строительство”. В его ос-нову автором положены конспект лекций по геологии, инженерной геологии и петрографии, читаемых студентам строительного факультета УГТУ-УПИ, а также результаты работы в геологических экспедициях по Забайкалью, Тянь-Шаню, Приморью, Уралу и Западной Сибири. При написании пособия им учтены и новые данные, полученные за последние десятилетия в различных областях геологии.

Учебное пособие составлено в соответствии с требованиями современ-ной нормативной литературы, призвано дать студентам знания в области хи-мических и генетических классификаций минералов и горных пород, научить их умению правильно оценивать природные образования в строительства и производства строительных материалов. Оно состоит из двух разделов.

В первом разделе приведен обзор вопросов генезиса и методов класси-фикации горных пород с геологических, минералогических и химических по-зиций, описаны их структурно-текстурные признаки и кратко рассмотрены химические и физические свойства. Второй раздел пособия дает информацию о горных породах магматического, осадочного и метаморфического проис-хождения, которые непосредственно связаны не только со слагающими их минералами, но и с размерами, формами и взаимным расположением минера-лов. Эти существенные признаки характеризуют породу с учетом ее строения

(структуры) и сложения (текстуры).

1. ПРЕДМЕТ, ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ПЕТРОГРАФИИ

Твердая оболочка Земли (литосфера), состоящая из земной коры и верхней мантии, сложена разнообразными по составу и происхождению гор-ными породами, которые, в свою очередь, слагаются из минералов.

Горными породами называются естественные ассоциации минералов, возникшие в результате затвердевания природных силикатных расплавов, на-копления осадков и преобразования ранее существующих горных пород в процессе метаморфизма. Каждая горная порода образует в литосфере объем-ное тело (слой, линзу, пласт, массив, покров и другие), имеет определенный вещественный (химический) состав и обладает специфическим внутренним строением.

Горные породы, состоящие преимущественно из одного минерала (из-вестняк, каменная соль, кварцит и другие), называются мономинеральными, а из нескольких минералов (гранит, доломит, глина и другие) – полимине-ральными. В обоих случаях различают главные породообразующие минера-лы – кварц, полевые шпаты, амфиболы, пироксены, слюды, оливин, нефелин, каждый их которых составляет более 5 % объема породы (в сумме они равны 95 % и более), и второстепенные – апатит, циркон, гематит, рутил, эпидот, гранат и многие другие, слагающие менее 5 % горной породы.

Наука, изучающая процессы образования, состав и строение горных по-род, называется петрологией (от древне-греческого слова “петра” – скала, “логос” – учение). Описательная часть этой науки называется петрографией (“графо” – описание).

Для изучения строения, состава и свойств горных пород применяются макроскопический, химический, рентгеноструктурный, спектральный, грану-лометрический и многие другие методы анализа. В данном пособии описан только первый из перечисленных.

Макроскопический метод – это диагностика названия горной породы по ее внешнему виду, т.е. минеральному составу, структуре и текстуре, види-

мым невооруженным глазом или с помощью лупы. Такое определение пород проводится специалистами-геологами в полевых условиях при геологосъе-мочных работах в экспедиционные периоды при документации горных выра-боток. Студенты обучаются определению пород в процессе лабораторных и практических занятий, чтобы на геологических практиках, в туристических походах и во время экскурсий на природу могли узнавать встречающиеся в обнажениях горные породы. Правильное определение названия горной поро-ды имеет большое значение для постановки поисков полезных ископаемых, так как с каждым конкретным их генетическим типом связаны определенные полезные ископаемые, да и сами они являются ценными полезными ископа-емыми (гранит, мрамор, боксит, каменный уголь, доломит и другие). Кроме прямого практического значения знание состава и генезиса горных пород не-обходимо для исследования геологической истории изучаемого района, по-нимания его тектонической обстановки (от греческого слова “тектоникос” – относящийся к строительству: наука о закономерностях движений земной ко-ры, ее строения) и геоморфологии (”ге + морфо + логос”) – науки о формах и процессах формирования рельефа.

Каждая порода образуется в определенных физико-химических услови-ях. По их происхождению выделяют три генетических типа пород: магмати-ческие, осадочные, метаморфические. Первичными породами являются магматические, остальные виды пород формировались из магматических пу-тем разнообразных изменений, за исключением осадочных пород органоген-ного происхождения. Подсчитано, что литосфера на 95 % сложена магмати-ческими и метаморфическими породами и только 5 % составляют осадочные горные породы. В то же время осадочный чехол покрывает 75 % земной по-верхности и только 25 % ее занято магматическими и метаморфическими породами.

В процессе кристаллизации магмы образуется большое количество ми-нералов, значение которых для образования изверженных пород неодинако-во. Выделяют породообразующие минералы, являющиеся главными состав-ными частями горных пород. Этих минералов немного: полевые шпаты, кварц, амфиболы, пироксены, слюды, оливин, нефелин (табл. 1). Значительно больше список минералов, обычно имеющих второстепенное значение и при-сутствующих в очень небольших количествах. Эти минералы называют акцессорными (от латинского слова “accessories” – добавочный). Среди них встречаются апатит, циркон, сфен, ильменит, магнетит, гематит, хромит, рутил, турмалин, флюорит, корунд, эпидот, гранат и многие другие – все они несут информацию об условиях образования горных пород.

Таблица 1

Средний минеральный состав магматических горных пород, %

Минералы	По А.Н.Заварицкому, 1955 г.	По К.Ведеполю, 1967 г.
Кварц	10 – 12
Калиевый полевой шпат Плагиоклаз	63 - 65
Слюда Амфиболы Пироксены Оливин	19 – 20	1,5
Магнетит + титаномагнетит Остальные минералы		0,5

Как следует из приведенных в табл.1 данных, основные породообразую-

щие минералы – это кварц и силикаты (четкие показатели химизма породы), среди которых особо важное значение имеют полевые шпаты. Магматичес-кие горные породы – не случайные смеси минералов, а закономерные их ас-социации. Наличие определенного породообразующего минерала обуславли-вает обязательное присутствие одних и столь же обязательное отсутствие других минералов (рис.1).

Рис. 1. Распределение породообразующих минералов по основным типам магматических горных пород

Изучение минерального состава позволяет выяснить, из каких реаль-ных химических соединений состоит горная порода. Однако, не менее важно установить строение этой породы, т.е. как она из этих минералов сложена. Для оценки строения горной породы используют понятия о структуре и тек-стуре. Структура – это сумма строений, которая характеризует степень кристалличности, а также величину и форму составных частей (минералов), из которых состоит горная порода. Признаки структуры обусловлены процес-сами образования минералов. Текстура – это сумма признаков, характери-зующих расположение составных частей породы в пространстве и относи-тельно друг друга. К структурным признакам относится степень закристал-лизованности, абсолютная и относительная величина породообразующих ми-нералов. Текстура пород также дает указание на условия их образования – магматического, осадочного и метаморфического генезиса.

3. МАГМАТИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Магматическая горная порода представляет собой комплекс минералов и (или) стекловатую массу в зависимости от условий остывания магмы. Маг-ма – это силикатный расплав, насыщенный газами и водными растворами. При подъеме ее из магматического очага в более холодные по сравнению с расплавом породы, происходит постепенная кристаллизация магмы. Первы-ми кристаллизуются наиболее тугоплавкие железомагнезиальные силикаты (оливин, пироксен) и кальцийсодержащие плагиоклазы (анортит, битовнит и другие). Постепенно остаток магмы обогащается щелочными компонентами и кремнеземом, обедняется железом и магнием (рис. 2).

В левой колонке ряда помещены темноцветные минералы, в правой – светлые. Минералы одного горизонтального уровня кристаллизуются при-мерно при одинаковой температуре и в определенных соотношениях друг с другом образуют горные породы. Естественно, что процесс кристаллизации магмы зависит от конкретных физико-химических условий и проходит в природе не так идеально, как показано на рис. 2. Однако, изображенная на нем последовательность позволяет довольно легко запомнить минеральные ассоциации в горных породах.

Отмечаются еще два типа дифференциации магмы: ликвация – расщеп-ление магматического расплава на тяжелую и легкую фракции с последую-щей их кристаллизацией и ассимиляция – захват магмой вмещающих пород, ее обогащение компонентами этих пород и кристаллизация гибридных пород. Разнообразие магматических пород по минеральному составу некоторые пет-

Минералы Горные породы

Оливин Калиевый полевой шпат } Габбро

Пироксен Средний плагиоклаз } Диорит

Роговая обманка Натровый плагиоклаз } Гранодиорит

Биотит

Калиевый полевой шпат

Мусковит } Гранит

Кварц

Рис. 2. Последовательность выделения пород и минералов из расплава

по Н.Л. Боуену

.

рологи, в частности, Ф.Ю. Левинсон-Лессинг, объясняют существованием нескольких типов магм – ультраосновной, основной и кислой, в отличие от Н.Л. Боуена, который считал, что дифференцируется единая родоначальная магма основного состава.

При движении расплавленной магмы вверх она внедряется в окружаю-щие породы, переплавляет их и, остывая, отдает тепло. Такой процесс назы-вается интрузивным магматическим. Породы, образовавшиеся при остыва-нии магмы, называются интрузивными или глубинными. Застывая и крис-таллизуясь на различной глубине, магма образует следующие характерные тела: батолиты, лакколиты, лаполиты, штоки, факолиты, силлы, дайки, жилы и другие. Последние два типа тел сложены так называемыми жильными по-родами.

Магматический расплав, излившийся на поверхность Земли или на дно океана, называется лавой, при застывании которой образуются эффузивные горные породы. Геологические магматические тела, образовавшиеся за счет застывания излившейся на поверхность лавы, формируют потоки, покровы, купола, обелиски. Магматические горные породы характеризуются опреде-ленной структурой и текстурой, которые зависят от условий их образования. Среди магматических пород наиболее распространены следующие виды структур: кристаллически-зернистая, зернистая, стекловатая и порфировая. Среди их текстур различают массивную, сланцеватую, миндалевидную, флю-идальную.