Осадочные горные породы. Химический и минеральный составы осадочных пород. Важнейшие виды осадочных пород и их строительные свойства
В составе литосферы на долю осадочных пород приходится лишь около 5 %, однако они занимают до 75 % площади поверхности Земли. Характерным для осадочных пород является слоистость залегания (их называют пластовыми) и в большинстве случаев более пористое строение и меньшая прочность, чем у плотных магматических пород. В зависимости от условий образования осадочные породы подразделяют на три группы: механические отложения (обломочные), химические осадки, органогенные отложения.
Механические отложения (рыхлые и цементированные) образовались в результате разрушения других пород под воздействием процесса выветривания (действие воды, ветра, колебаний температуры, замораживания и оттаивания и других атмосферных факторов). В результате даже самые прочные массивные магматические породы разрушаются, образуя обломки разных размеров: глыбы, куски и более мелкие частицы.
Горные породы. Видеоурок по окружающему миру 3 класс
Наряду с механическими разрушениями в результате взаимодействия составных частей горных пород с веществами, находящимися в окружающей среде, может происходить химическое разрушение. Так, полевые шпаты под действием воды, содержащей диоксид углерода, разрушаются, образуя водные силикаты алюминия.
Продукты разрушения остаются на месте или чаще переносятся водными потоками, ветром, ледниками в другие места и после осаждения образуют рыхлые скопления пластов обломочных осадочных пород (песка, глины, гравия, природного щебня). Некоторые из них в последующем подвергаются цементированию природными цементами, выпавшими в толще рыхлых осадков из омывающих их растворов, образуя сплошные (сцементированные) горные породы различной плотности (песчаники, конгломераты, брекчии).
Химические осадки образовались в результате выпадения в осадок веществ, перешедших в состав водных растворов в процессе разрушения горных пород. Они являются следствием изменения условий среды, взаимодействия растворов различного состава и испарения (гипс, ангидрит, магнезит, доломит, известковые туфы).
Органогенные отложения — породы, образующиеся в результате отложения отмирающего растительного мира и мелких животных организмов водных бассейнов. Многие морские организмы при жизни извлекают из воды соли кальция, растворенный кремнезем для построения своих скелетов, раковин, панцирей, стеблей. После отмирания, осаждаясь на дно и уплотняясь, они образуют пластовые отложения органогенных пород. Для строительных целей используют мел, известняки разных видов, диатомиты и трепелы.
Рис.1. Диатомит природный
Химический и минеральный составы осадочных пород
Средневаловой химический состав всех осадочных пород близок к составу магматических пород, но между собой отдельные осадочные породы различаются значительно больше, чем магматические. Осадочные породы, применяемые для строительных целей, чаще всего содержат следующие химические соединения: кремнезем в кристаллическом и аморфном состояниях (безводный и водный), алюмосиликаты (главным образом водные), карбонаты (безводные), сульфаты (безводные и водные).
Из этих соединений и состоят основные минералы осадочных пород, используемых в строительном деле: кварц, опал, каолинит, кальцит, магнезит, доломит, гипс, ангидрит.
Кварц (кристаллический кремнезем) благодаря высокой стойкости при выветривании остается химически неизменным и входит в состав многих осадочных пород (песков, песчаников, глин и др.). В аморфном состоянии кремнезем в осадочных породах встречается в виде минерала опала.
Опал (SiO2 nH2O) менее плотен (плотность —1900. 2500 кг/м3), прочен и стоек, чем кварц. Он отличается повышенной внутренней микропористостью и высокодисперсной структурой, обладает большой реакционной способностью к гидроксиду кальция и другим основным оксидам. Это свойство аморфного кремнезема широко используют при изготовлении минеральных смешанных вяжущих веществ.
Каолинит — водный силикат алюминия, образуется при выветривании полевых шпатов и слюд. Цвет каолинита без примесей — белый, плотность — 2600 кг/м3, твердость — 1. Каолинит и другие водные алюмосиликаты типа А l 2 Оз-nSiO2- m Н2О являются основными при образовании глин. Они часто встречаются в виде примесей в известняках, песчаниках, гипсовых и других осадочных породах. Наличие этих примесей понижает водо- и морозостойкость пород.
Кальцит (СаСО3) имеет совершенную спайность по трем направлениям, плотность 2700 кг/м3, твердость 3. Кальцит растворяется в кислотах, в обычной воде — мало (около 0,03 г/л). Это распространенный минерал, слагающий различные виды известняков. Окраска белая, серая, иногда он прозрачен.
Магнезит (MgCO3) имеет плотность 2900. 3100 кг/м3, твердость 3,5. 4,5. Он распространен значительно меньше кальцита и образует породу того же названия.
Доломит (CaCO3-MgCO3) по физическим свойствам близок к кальциту, но более тверд — 3,5. 4, плотен (плотность-2900 кг/м3) и прочен. Цвет доломита от белого до темно-серого в зависимости от примесей. Он встречается чаще, чем магнезит, образуя породу того же названия или входя в состав известняков и других осадочных пород.
Гипс (CaSO4-2H2O) — минерал кристаллического строения, его кристаллы имеют зернистое, столбчатое, пластинчатое, игольчатое или волокнистое строение. Он белого цвета, иногда окрашен примесями. Обладает спайностью в одном направлении. Плотность гипса 2300 кг/м3, твердость 2, сравнительно легко растворяется в воде. Гипс образует породу того же названия.
Рис.7. Гипс пластинчатый
Ангидрит (CaSO4) — безводная разновидность гипса, образует породы одноименного названия. Плотность ангидрита 2900. 3000 кг/м3, твердость З. 3,5.
Важнейшие виды осадочных пород и их строительные свойства
Многие осадочные породы используют как сырье для получения других строительных материалов, а некоторые для непосредственного применения в качестве строительного камня.
Песок и гравий — горные породы, образовавшиеся в результате выветривания различных горных пород. Размер зерен песка 0,6. 5 мм, гравия — 5. 70 мм и более.
Глины являются тонкообломочными отложениями, образовавшимися в результате выветривания полевошпатовых горных пород (граниты, гнейсы и др.). По составу глины представляют собой смесь минералов каолинитовой группы с зернами кварца, слюдой, оксидами1 железа, карбонатами кальция и магния.
Каолинитовые глины (каолин) имеют белый цвет, другие глины в зависимости от вида и количества примесей могут иметь разный цвет, вплоть до черного. Глина при увлажнении приобретает пластические свойства и после обжига переходит в камневидное состояние. Она является основным сырьем в керамической промышленности и при производстве цементов (см. гл. 3 и 5).
Гипс и ангидрит — породы химического происхождения, состоящие в основном из минерала гипса и ангидрита. Внешне и по своим физико-механическим свойствам они мало отличаются друг от друга. Их применяют для производства вяжущих веществ, а некоторые разновидности — для внутренней облицовки зданий.
Магнезит — порода химического происхождения, состоящая в основном из минерала магнезита. Его применяют для изготовления огнеупорных изделий, частично для получения вяжущих веществ (каустического магнезита).
Мел — порода органогенного происхождения, обычно белого цвета, землистого сложения, представлена микроскопическими раковинами простейших организмов. По химическому составу почти целиком состоит из карбоната кальция, имеет небольшую прочность. Применяют в качестве белого пигмента в красочных составах, приготовлении замазки, а также при производстве извести и портландцемента.
Диатомит — органогенная порода, образовавшаяся из панцирей диатомовых водорослей и отчасти из скелетов радиолярий и губок, между которыми осаждались тончайший ил и глина. Состоит в основном из аморфного кремнезема в виде минерала опала
Трепел — порода, образовавшаяся раньше диатомита, и в отличие от него состоит из аморфного кремнезема в виде мельчайших шариков опала, сцементированного опаловым же цементом. Диатомит и трепел близки и по свойствам. Их пористость 60. 70 %, плотность 350. 950 кг/м3, теплопроводность 0,17. 0,23 Вт/(м*°С).
Содержание активного кремнезема составляет 75. 96 %. Трепел и диатомит используют для изготовления теплоизоляционных материалов, в качестве активных минеральных добавок к вяжущим веществам. С течением времени трепел превращается в тонкопористую или плотную, трудно размокающую породу — опоку, почти полностью состоящую из аморфного кремнезема.
В качестве строительного камня главным образом применяют известняки различных видов, доломиты и песчаники.
Известняки в большинстве случаев являются органогенными породами, но встречаются известняки химического происхождения (известковые туфы). Известняки в основном сложены из минерала кальцита, но часто содержат различные примеси (кремнезем, глину, доломит, оксиды железа, органические соединения), в зависимости от которых цвет известняков может быть от белого до темно-серого с различными оттенками.
При содержании глины не более 6 % породу называют известняком; при наличии 6. 20 % глинистых примесей— мергелистым известняком, а при большем содержании глины — мергелем. Мергель неводостоек и неморозостоек, поэтому как строительный камень не применяется, но является ценным сырьем для производства цемента.
Примесь глины в известняках, применяемых в качестве строительного камня, даже в небольшом количестве (3. 4 %) резко уменьшает их водо- и морозостойкость. Вредное влияние на строительные свойства известняков оказывает также пирит РеБг. Известняки, содержащие некоторое количество кремнезема, более прочны и стойки, чем другие виды известняков. Известняки, в которых присутствует доломит, называют доломитизированными.
Плотные известняки (плотность более 1800 кг/м3), состоящие из мелких зерен кальцита, связанных непосредственным сцеплением кристаллов или различными природными цементами (известковым, известково-кремнистым), используют в виде бутового камня (для фундаментов, стен неотапливаемых зданий или жилых домов в районах с теплым климатом), плит и фасонных деталей для облицовки стен, цоколей и карнизов, ступеней, а также в качестве щебня для бетона, основания для дорог и сырья для получения извести и портландцемента.
Известняки-ракушечники — пористые горные породы характеризуются небольшой плотностью, низкой прочностью и малой теплопроводностью. Их применяют в виде камней правильной формы для кладки стен, а наиболее плотные разновидности — для облицовки стен, а также в качестве щебня для легкого бетона.
Рис.9. Ракушечник крымский
Известковые туфы — пористые известняки химического происхождения. Несмотря на значительную пористость, известковые туфы характеризуются достаточной морозостойкостью, так как они вследствие ячеистого строения (поры замкнутые или крупные) имеют относительно низкое водопоглощение. Разновидность известкового туфа — травертин, имеющий мелконоздреватое строение и высокую прочность при сжатии (до 80 МПа), применяют для облицовки зданий.
Доломит — порода химического происхождения, состоящая из минерала доломита. Свойства его близки к известняку плотному. Применяют доломит для тех же целей, что и известняки, а также для производства огнеупоров и теплоизоляционных материалов.
Песчаники, конгломераты, и брекчии — породы, образовавшиеся из рыхлых отложений разрушившихся горных пород в результате цементации их различными природными цементами (известковым, кремнистым, глинистым, железистым и др.). В результате цементации песков образуются песчаники, зерен гравия — конгломераты, природного щебня — брекчии.
В качестве строительного камня применяют наиболее прочные и стойкие известковые и кремнистые песчаники, а также конгломераты и брекчии на этих природных цементах. Большинство песчаников — плотные, тяжелые и теплопроводные материалы. Их используют главным образом для кладки фундаментов, стен неотапливаемых зданий, ступеней, тротуаров, облицовки зданий, а также в виде щебня для бетонов и других целей. Конгломераты и брекчии, обладающие декоративностью, используют в качестве облицовочного камня.
Источник: ogurcova-online.com
Горные породы
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ (а. rocks; н. Gesteine; ф. roches; и. rocas) — природные минеральные агрегаты, слагающие литосферу Земли в виде самостоятельного геологического тела. Традиционно под горной породой подразумевают только твёрдые тела, в широком понимании к горным породам относят также воду, нефть и природные газы. Согласно современным представлениям, горные породы сложены верхней оболочкой планет земной группы, а также Луной и астероидами.
Термин «горная порода» впервые ввёл в геологическую литературу русский геолог В. М. Севергин (1798). Науки, изучающие горные породы, — петрография, литология, петрофизика и физика горных пород.
Состав, строение, структура, текстура и условия залегания горных пород находятся в причинной зависимости от формирующих их геологических процессов, происходящих в определенных физико-химических условиях. Горные породы могут слагаться как одним минералом, так и их комплексом. В природе известно свыше 3000 минералов, однако число породообразующих минералов невелико (40-50). Реальные сочетания этих минералов определяются физико-химическими процессами породообразования и геохимическими законами распространения породообразующих элементов.
Все горные породы обладают комплексом морфологических особенностей, которые объединены в понятия структуры горных пород и текстуры горных пород. Наряду с химическим и минеральным составом структура и текстура являются важнейшими диагностическими признаками горных пород.
Как физические тела горные породы характеризуются плотностными, упругими, прочностными, тепловыми, электрическими, магнитными, радиационными и другими свойствами.
Наиболее часто встречающиеся значения основных физических характеристик пород:
модуль продольной упругости 5•10 9 -1,5•10 11 Па;
коэффициент Пуассона 0,15-0,38;
предел прочности при сжатии до 5•10 8 Па;
предел прочности при растяжении до 2,0•10 7 Па;
коэффициент теплопроводности 0,2-10 Вт/(м•К);
удельная теплоёмкость 0,5-1,5 кДж/кг•К;
коэффициент линейного теплового расширения 2•10 -6 -4•10 -4 К -1 ;
удельное электрическое сопротивление 10 -2 -10 12 Ом•м;
относительная диэлектрическая проницаемость 2-30;
магнитная восприимчивость 10 -7 — 3,0.
Встречаются породы, имеющие большие или меньшие значения физических параметров, чем приведённые, например туфы часто обладают плотностью до 1000 кг/м 3 .
Свойства горных пород обусловлены их составом и строением, а также термодинамическими условиями. Увеличение пористости приводит к снижению плотности, прочностных и упругих свойств, теплопроводности, диэлектрической проницаемости, электропроводности, магнитной проницаемости и увеличению влагоёмкости, водопроницаемости.
Такие свойства горных пород, как теплоёмкость, коэффициент объёмного теплового расширения, модуль объёмного сжатия и др., определяются минеральным составом пород; прочность, упругость, теплопроводность, электропроводность зависят от строения и минерального состава пород. Механические свойства в первую очередь обусловлены силами связей между частицами породы, тепловые и электрические — ориентировкой минеральных зёрен, наличием непрерывных проводящих каналов в горных породах. Наличие преимущественной ориентировки зёрен, трещин, пор, слоев, прожилков приводит к анизотропии горных пород. При этом модуль продольной упругости, предел прочности при растяжении, теплопроводность, электрическая проводимость, диэлектрическая проницаемость больше вдоль слоистости, а предел прочности при сжатии — поперёк слоистости.
На свойства горных пород оказывает влияние размер зёрен, из которых они сложены. У мелкозернистых горных пород выше прочностные и упругие свойства, ниже электропроводность и теплопроводность. Наличие аморфной, стекловидной фазы в породах снижает их прочность, теплопроводность. Горные породы, как правило, плохие проводники тепла и электричества.
Большей теплопроводностью и электропроводностью обладают малопористые породы, содержащие минералы-проводники (рудные минералы, графит и т.п.). По магнитной восприимчивости большинство горных пород относится к диа- и парамагнетикам; ферромагнитные минералы — магнетит, гематит, пирротин и др. Упругие свойства пород определяют величину параметров акустических свойств, электрические и магнитные свойства горных пород — электромагнитные свойства.
Свойства горных пород зависят также от механического, теплового, электрического, магнитного, радиационного воздействий и насыщения пород жидкостями, газами и т. д. При насыщении скальных пород водой увеличиваются упругие параметры, теплопроводность, теплоёмкость, электрическая проводимость; при насыщении водой пород, в состав которых входят легкорастворимые минералы, а также глинистые породы их упругие и прочностные свойства уменьшаются. Изменение свойств пород под воздействием давления вызвано уплотнением пород, деформацией пор, увеличением площади контакта зёрен.
С увеличением давления обычно возрастают электропроводность, теплопроводность, прочность и т. д. Повышение температуры, как правило, снижает упругие и прочностные и усиливает пластичные характеристики пород, уменьшает теплопроводность, увеличивает теплоёмкость, электропроводность и диэлектрическую проницаемость. Появление внутренних термонапряжений за счёт различного теплового расширения отдельных минералов приводит к возрастанию или уменьшению упругих и прочностных свойств пород в зависимости от направления результирующих напряжений.
Перестройка кристаллической решётки минералов от нагрева (полиморфные превращения и др.) вызывает аномальные точки на графике зависимости свойств от температуры. Так, для кварцитов наблюдается минимальное значение модуля Юнга и максимальное значение коэффициента линейного расширения в точке полиморфного перехода а-кварца в Я-кварц (573° С). Воздействие тепла приводит также к спеканию, дегидратации, плавлению, возгонке, испарению отдельных минералов, что соответственно изменяет свойства пород. В результате воздействия полей на частицы пород происходит их электрическая и магнитная переориентировка (поляризация и намагничивание), возбуждение электронов и ионов. Например, повышение напряжённости приводит к росту электропроводности, диэлектрической и магнитной проницаемости.
Как объект горных разработок горные породы подразделяются на скальные, полускальные, плотные, мягкие, сыпучие, разрушенные и характеризуются различными горно-технологическими свойствами — крепостью, абразивностью, твёрдостью, буримостью, взрываемостью. Всю совокупность физических и горно-технологических свойств горных пород, описывающих их поведение в процессах разработки месторождения, принято называть физико-техническими свойствами пород. Горно-технологические параметры являются комплексными показателями горных пород и используются для расчётов производительности различных агрегатов, нормирования труда горнорабочих и т. д. С целью выбора рациональных методов и механизмов разрушения применяются различные классификации горных пород по горно-технологическим свойствам (например, в практике горного дела широко применяется классификация горных пород по крепости, предложенная профессором М. М. Протодьяконовым-старшим). Физико-технические свойства горных пород определяют технологию разработки месторождений полезных ископаемых, являются источником информации в разведочной геофизике и инженерной геологии. Закономерности изменения физико-технических параметров горных пород от внешних воздействий используются для создания новых методов разрушения и переработки полезных ископаемых.
Источник: www.mining-enc.ru
Горные породы и их месторождения
Камень служил человеку во все времена его существования на Земле. Еще первобытные люди использовали камень как орудие труда: с его помощью добывали и обрабатывали пищу, он был и строительным материалом, и украшением, и оружием.
В самые отдаленные от нас эпохи камень нес функции, присущие ныне книгам и художественным полотнам: вспомним хотя бы скрижали и наскальную живопись. С течением времени сфера применения камня и изделий из него непрерывно расширялась, охватывая буквально все области деятельности людей — хозяйственную, военную, культурную.
Сегодня камень находится в числе материалов первой необходимости в жизни и деятельности человека. И хотя мы относим камень к мертвой природе, но связан он с климатом, почвой, растительностью, людьми и животными.
Камень — продукт физико-химических и геологических процессов, происходящих в недрах нашей планеты и на ее поверхности, процессов, в результате которых рождаются минералы — природные тела, однородные как по химическому составу, так и по физическим свойствам, но различные по форме и размерам. Совокупность же разных минералов, их механическое сочетание образует горные породы, слагающие земную кору.
О них, о том, что они дают людям, и пойдет дальше речь. Конечно, подробно эта тема освещена в специальных научных и популярных статьях и книгах, посвященных петрографии — науке о камне, о горных породах, их происхождении, свойствах и практической значимости. Здесь же мы ограничимся лишь общими представлениями обо всем этом.
Главные очаги распространения на Земле горных пород и мест их разработок приурочены к горным районам. В нашей стране это горы Кавказа и Карелии, Урала, Сибири и Дальнего Востока.
Горные породы по их происхождению делят на три большие группы — осадочные, магматические (или изверженные) и метаморфические. И хотя осадочные породы занимают 75% площади земной поверхности, на их долю приходится лишь 10% объема земной коры. Остальные 90% — это магматические и метаморфические породы.
Среди осадочных пород в свою очередь выделяют обломочные, глинистые, а также хемогенные и биохимические. Обломочные породы — брекчии конгломераты, пески — появились в результате механического разрушения и переотложения разнообразных горных пород.
К осадочным породам приурочено свыше ¾ полезных ископаемых и среди них уголь, нефть, горючие сланцы, соли, руды железа, марганца, алюминия и др. Так, в брекчиях, состоящих из сцементированных обломков, в пустотах встречаются многие минералы, в том числе золото, медь, ртуть и др.
Россыпи самородного золота иногда обнаруживаются в песках (вспомним золотоносные пески американского Клондайка и нашей Лены). Вообще пески находят разное применение в народном хозяйстве: так, кварцевый песок идет на изготовление стекла, есть виды песка, пригодные для форм, применяемых при производстве чугунного и стального литья, песок входит составной частью в бетон и кирпич; порода из сцементированных песчаных зерен — песчаник служит хорошим строительным и облицовочным материалом.
Глинистые породы образуются в результате химического преобразования материнских пород. Это также весьма полезные ископаемые. В промышленности используются их огнеупорные качества, а фарфоровая глина — каолин пригодна для изготовления фарфора и фаянса, а также для многих других нужд.
Особенно большую пользу самым различным отраслям хозяйства приносят карбонатные осадочные породы — известняк, мел, доломит, мергель и др. Они могут быть и хемогенного и органогенного происхождения.
Известняк используется в строительном деле, в химической промышленности, в металлургии, мел — в цементной, резиновой, стекольной и других отраслях промышленности, мергель — служит отличным строительным материалом и используется цементной промышленностью. Но это только штрихи — о каждой из осадочных пород можно рассказать очень много.
Для примера ограничимся более подробным описанием лишь одной из них. Речь пойдет о доломите. Доломит — незаменимое сырье для производства минеральной ваты, изоляционных материалов — входит составной частью в высококачественные сорта фарфора.
Светлая и мягкая магнезия, полученная из доломитового камня, успешно применяется в фармацевтике, а также в химической промышленности при выпуске красок, лаков, резины. Доломит используется в кожевенной промышленности, в металлургии, служит исходным сырьем при получении термо- и звукоизоляционных материалов, необходимых в строительной индустрии.
Из доломита получают фибролит и ксилолит. В целлюлозно-бумажной промышленности в сульфидном процессе используют доломит для получения целлюлозы. С примесью соды к доломитовой извести получают один из самых ценных сортов бумаги — мелованную. Используют доломит и в сельском хозяйстве. Для удобрения кислых почв нет лучшего средства, чем внесение в них доломитовой муки.
А если учесть, что в нашей стране тысячи гектаров кислых почв, то станет ясным, какую прибавку зерновых, продукции животноводства, полеводства и садоводства можно получить при успешной организации подкормки этих почв чудодейственной доломитовой мукой. Здесь же следует сказать, что в нашей стране горные породы этого ценного минерального сырья имеют богатейшие залежи. Славится обилием доломита Северный Кавказ, где наиболее значительным месторождением считается Боснийское. Вот что писал в газете «Социалистическая Осетия» геолог И. Н. Букановский: «. прекрасные технические свойства боснийских доломитов, чистота химического состава, благоприятные горнотехнические условия его добычи позволяют сделать вывод, что это месторождение является самым ценным». А в Закавказье запасы только Ткварчельского месторождения составляют более ста миллионов тонн.
Поделитесь статьей в соц. сетях:
Вас также может заинтересовать:
Источник: bytrina11.ru