МАГМАТИЧЕСКИЕ (ИЗВЕРЖЕННЫЕ) ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Процессы при образовании и классификация. Магматические горные породы образовались в результате извержения и остывания магмы (каменного расплава, находящегося в недрах земли). При остывании магмы на глубине внутри земной коры (рис. 4.1 -а), образовавшаяся порода называется глубинной или интрузивной. Если же порода произошла в результате остывания магмы, излившейся на поверхность (рис. 4.1-5), то она называется излившейся или эффузивной.

Условия остывания магмы при образовании горных пород

Рис. 4.1. Условия остывания магмы при образовании горных пород: а - глубинах: б - излившихся

Кроме этих двух групп пород, являющихся массивными, существуют породы, образовавшиеся в результате жизнедеятельности вулканов — вулканообломочные. Они могут быть рыхлыми или сцементированными. При извержении лавы (магмы) через кратеры вулканов выплески и брызги лавы под действием вулканических газов понимались высоко в воздух, где остывали, и на землю выпадали в виде твердых дисперсных пород — вулканического пепла и вулканического песка. Эти породы могли быть сцементированы лавой.

Классификация магматических горных пород, процессы при их образовании и основные представители приведены на рис. 4.2.

Процессы при образовании и классификация магматических горных пород по происхождению

Рис. 4.2. Процессы при образовании и классификация магматических горных пород по происхождению

Минералогический состав магматических горных пород представлен четырьмя группами породообразующих минералов: 1) кварцем, 2) полевыми шпатами, 3) слюдами и 4) темноокрашенными минералами (табл. 4.1). Последние в отличие от светлых кварца и полевых шпатов являются всегда сильно окрашенными.

Кварц (кристаллический кремнезем — Si02) присутствует в породах в виде непрозрачных или слабо просвечивающих зерен, имеющих стеклянный блеск и окрашенных в разнообразные цвета.

Кислоты, за исключением плавиковой, не действуют на кварц. Поэтому кварц почти не выветривается и его зерна являются конечным остатком от разрушения пород, его содержащих. В то время как остальные минералы превращаются в тончайшие продукты разрушения (глину), кварц образует песок.

Полевые шпаты — это группа минералов, обладающих близким химическим составом и физическими свойствами. Минералы этой группы характеризуются светлыми оттенками разнообразных цветов. От кварца они отличаются присущей им совершенной спайностью.

Полевые шпаты делятся на: 1) ортоклаз (в переводе с греческого — прямо раскалывающийся) и 2) плагиоклазы (косо раскалывающиеся).

В ортоклазе плоскости спайности образуют прямой угол, а в плагиоклазах — 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.

Таблица 4.1

Группа

минералов

Наименование

минерала

Химический

состав

Содержание Si02, %

Плотность,

кг/м3

Твердость

Отношение к выветриванию

Кварц

Кварц

Si02

100

2650

7

Не выветривается

Полевые

шпаты

Ортоклаз

K20A1203-6Si02

64,8

2560

6

Выветрива- ются легче остальных минералов, превращаясь в каолинит

Плагиоклазы:

альбит

Na20A1203-6Si02

68,7

2620

6

олигоклаз

Изоморфная

смесь

Na20 A1203-6 Si02 и Са0 А1203-2 Si02

-

-

6

андезин

-

-

6

лабрадор

-

-

6

битовнит

-

-

6

анортит

Са0 А1203-2 Si02

43,2

2760

6

Слюды

Мусковит

Калиевая слюда

56

2750

2-2,5

Мусковит выветривается труднее биотита

Биотит

Железомагнезиальная слюда

32

3200

2-2,5

Темноо-

крашенные

минералы

Авгит

Силикаты и алю-минаты кальция магния и железа

Около

40

  • 3000-
  • 3600

6

Выветриваются труднее полевых шпатов

Роговая

обманка

Оливин

Легко видеть, что в альбите, в формулу которого входит 6Si02, содержится кремнезема гораздо больше (68,7%), чем в анортите (43,16%), в формулу которого входит всего только 2Si02. Поэтому альбит и олиго- клаз должны быть причислены к кислым плагиоклазам, а анортит с примыкающим к нему битовнитом — к основным. Ортоклаз, содержащий в составе молекулы 6Si02, разумеется, нужно рассматривать как кислый полевой шпат. Все полевые шпаты сравнительно легко выветриваются и превращаются в каолин — наиболее чистую разновидность глины.

Слюды в породах представлены в основном двумя разновидностями: биотитом (черная слюда) и мусковитом (прозрачная слюда). От других минералов слюды отличаются весьма совершенной спайностью и очень низкой твердостью. Слюды в значительном количестве сильно понижают механические свойства горной породы и затрудняют получение полированной поверхности хорошего качества, так как легко выкрашиваются.

Темноокрашенные минералы представлены пироксенами и амфиболами — двумя сходными между собою группами минералов, каждая из которых насчитывает по несколько представителей. Для пироксенов наиболее характерным минералом является авгит, а для амфиболов — роговая обманка. 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 3000—3600 кг/м3. Выветриваются они труднее полевых шпатов.

Рассмотрение табл. 4.1 позволяет сделать несколько выводов.

  • 1. Содержание в минералах кремнезема понижается сверху вниз — от кварца (100% Si02), ктемноокрашенным минералам (35—50% Si02). Следовательно, кислотность магматических горных пород будет зависеть от преобладания тех или иных минералов.
  • 2. Магматические породы составлены по преимуществу из силикатов и алюмосиликатов! Этим они отличаются от осадочных пород, в которых над солями слабых кремневой и алюмокремневой кислот преобладают соли сильных кислот, в первую очередь угольной и серной.
  • 3. Окраска минералов изменяется от светлой (вверху таблицы) до темной (внизу), так что все кислые породы слабо окрашены, все основные, наоборот, окрашены весьма сильно.
  • 4. Породы с повышенным содержанием темных составляющих, будут более тяжелые, чем породы светлоокрашенные.
  • 5. Наименее стойкими в отношении выветривания являются породы с наибольшим содержанием полевых шпатов.

Структура. Магматические породы характеризуются зернисто-кристаллической (гранитной), порфировой и порфировидной структурами (рис. 4.3).

Зернисто-кристаллическая структура имеет зерна, различимые простым глазом и мало отличающиеся по размеру. Эта структура характерна для глубинных пород, образующихся при медленном остывании магмы, когда кристаллы имеют возможность вырастать до относительно крупных размеров.

Порфировая структура имеет зерна, невидимые невооруженным глазом. Часто на фоне такой скрыто-кристаллической или стекловатой массы, наблюдаются отдельные крупные вкрапленники (рис. 4.3-6). 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.

Виды структур магматических горных пород

Рис. 4.3. Виды структур магматических горных пород

Порфировидная структура (т. е. похожая на порфировую) является разновидностью зернисто-кристаллической. Порода с такой структурой содержит вкрапленники весьма больших размеров и имеет окружающую их основную массу зернисто-кристаллическую. Это напоминает сильно увеличенную порфировую структуру с вкрапленниками.

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. Стекловатые породы (обсидиан) очень хрупки.

Классификация магматических горных пород по структуре и минералогическому составу представлена в табл. 4.2.

В центральной части в трех строках таблицы приведены главнейшие магматические горные породы, употребляемые в качестве строительного материала. Каждому представителю глубинных пород соответствуют по два представителя излившихся, являющиесяся полными аналогами их по минералогическому составу и отличающиеся 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, темноо- крашенных минералов — мало. Если мы проследим по таблице слева направо 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 наиболее кислый представитель — ортоклаз, а в габбро, диабазе и базальте — наиболее основный представитель плагиоклазов — битовнит или анортит. По мере того, как мы движемся слева направо, наблюдается уменьшение содержания Si02, другими словами, снижение кислотности пород. В соответствии с плотностью и окраской минералов (см. табл. 4.1), породы, занимающие правую часть табл. 4.2, характеризуются более высокой плотностью и более темной окраской по сравнению с породами, находящимися в левой части таблицы. С увеличением содержания темноокрашенных минералов возрастает прочность пород.

Таблица 4.2

Группа породы

Кислые

Средние

Основные

Содержание Si02, %

Более 65

55-65

Менее 55

Минера-

логический

состав

Кварц

Есть

Нет

Полевые шпаты

Ортоклаз

Плагиоклаз

Кислый

Основный

Темноокрашенные

минералы

Мало

Много

Структура

Гранитная или порфировидная структура (глубинные породы)

Гранит

Сиенит

Диорит

Габбро

Порфировая

структура

(излившиеся

породы)

Древние

Кварцевый

порфир

Ортокла-

зовый

порфир

Порфирит

Диабаз

Новые

Липарит

Трахит

Андезит

Базальт

Основные

свойства

Окраска породы

Светлая

Темная

Плотность, кг/м3

2600-2700

  • 2600-
  • 2800
  • 2800-
  • 3000

2900-3300

Предел прочности при сжатии глубинных пород, МПа

120-260

120-250

  • 150-
  • 280

200-500

Предел прочности при сжатии излившихся пород

В плотных разновидностях такой же, как у соответствующих глубинных пород; в пористых - ниже

Интрузивные (глубинные) горные породы: гранит, сиенит, диорит и габбро весьма сходны между собою по своим техническим свойствам. Они все обладают ничтожно малой пористостью и сравнительно высокой механической прочностью.

Гранит (от лат. granum — зерно) состоит из кварца (20—40%), ортоклаза (реже щелочного плагиоклаза) от 40 до 60%, слюды или роговой обманки (редко авгита) от 5 до 20%. Структура гранитов преимущественно зернисто-кристаллическая и в некоторых случаях порфировидная. Примером гранитов с порфировидной структурой может служить финляндский гранит рапакиви, в котором встречаются вкрапленники ортоклаза размером 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.

Плотность гранита колеблется около 2700 кг/м3 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. Слюда понижает прочность гранита и препятствует получению хорошей полированной поверхности, так как легко выкрашивается, оставляя щербины. Наоборот, повышение содержания пироксе- нов или амфиболов является желательным — возрастают механические свойства и способность гранитов принимать полировку.

Стойкость гранита против выветривания достаточно высока. Лишь отдельные его представители, к которым относится финляндский гранит рапакиви (в переводе гнилой камень), разрушаются довольно быстро.

Гранит хорошо сопротивляется истиранию и является ценным материалом для лестничных ступеней, тротуарных плит, в дорожной одежде. В глубинных горных породах сопротивление истиранию повышается с возрастанием количества темноокрашенных минералов. Гранит употребляется в виде штучных камней для фундаментов зданий, для подпорных стенок, для устройства набережных, для внешней облицовки стен. В 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. 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 архитектурную ценность.

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

Применяется, также 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. Диорит темнее, чем гранит и сиенит, имеет более высокие значения плотности (2750—3000 кг/м3) и прочности при сжатии.

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

Габбро включает основный плагиоклаз (около 50%) и пироксен, реже роговая обманка. Цвет в большинстве случаев темно-зеленый различных оттенков до черного. Плотность — 2800—3100 кг/м3, прочность при сжатии в мелкозернистых разновидностях составляет 200— 280 МПа, снижаясь в крупнозернистых до 100 МПа. Габбро тяжело обрабатывается, но хорошо принимает полировку.

Из декоративных разновидностей габбро особого упоминания заслуживает лабрадорит — крупнозернистая порда, характеризующаяся преобладанием плагиоклаза лабрадора над другими минералами. Лабрадорит отличается так называемой иризацией (от греч iris — радужный), т. е. игрой отблесков синего, голубого, зеленого цветов.

Эффузивные (излившиеся) горные породы могут быть не только плотными, но и давать сильно пористые разности, образование которых объясняется выделением газов, насыщавших магму при высоком давлении в недрах земли. При выходе на поверхность и понижении давления, растворенные газы выделяются наружу и вспенивают магму в процессе ее застывания. Этим излившиеся породы отличаются от глубинных, которые, в силу условий их образования на глубине, пористых разновидностей давать не в состоянии.

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 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, как древние породы, подверглись более значительным изменениям и слабее липаритов.

Технические свойства кварцевых порфиров и липаритов повышаются с уменьшением количества в них вкрапленников. Поэтому плотные фелъзиты (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 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. Они характеризуются повышенной пористостью и, благодаря этому, сравнительно малой плотностью (2200—2610 кг/м3) и невысокой прочностью при сжатии, в среднем 60—70 МПа. Окраска серая до зеленовато-серой, желтоватая и красноватая.

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

Порфирит и андезит по минералогическому составу тождественны диориту. Окраска их колеблется от светло- до темносерой, причем пор- фириты характеризуются, как правило, зеленоватыми тонами. Плотность находится в пределах 2560—2850 кг/м3; временное сопротивление сжатию — 120—240 МПа.

Диабаз и базальт тождественны по минералогическому составу габбро и благодаря обилию в них темноокрашенных минералов характеризуются почти черной окраской и матовым тусклым видом. Диабаз в виде брусчатки широко применялся раньше для мощения улиц. Механическая прочность диабазов при сжатии почти всегда превышает 200 МПа.

Базальт является наиболее тяжелой и наиболее прочной из рассмотренных излившихся пород, его плотность равна 2700—3300 кг/м3, а прочность 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 для ответственных инженерных сооружений. Он является сравнительно легкоплавкой породой, поэтому используется для получения изделий путем литья. В строительстве используются теплоизоляционные и акустические материалы на основе базальтовой ваты.

Вулканообломочные породы являются продуктами 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 огромное количество мелких брызг лавы, образующих при остывании в воздухе вулканические песок и пепел. Последние иногда так и сохраняются в рыхлом состоянии (пуццолана), а иногда подвергаются цементации, превращаясь в более или менее плотные породы, которые называют вулканическими туфами. Когда к жидкой лаве при вулканических извержениях примешиваются рыхлые продукты вулканической деятельности, порода называется туфовой лавой.

В Армении осуществляются разработки туфовой лавы вулкана Алагез, которая не совсем правильно называется артикским туфом. Артикский туф является ценным стеновым материалом.

Артикский туф представляет собою пористую (П0 = 57—60%) породу розовато-фиолетового цвета с различными оттенками. Плотность породы в среднем равна 1200 кг/м3. Коэффициент внутренней теплопроводности артикского туфа в сухом состоянии в два раза меньше, чем у красного кирпича, и, следовательно, толщина стены из артикского туфа может быть уменьшена вдвое по сравнению с кирпичной. Механическая прочность артикского туфа невелика (в среднем 10,5 МПа), но вполне достаточна для применения его в стенах зданий. Помимо этого артикский туф достаточно морозостоек, легко обрабатывается и обладает гвоздимостью (принимает и держит вбиваемые в него гвозди).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >