Магматические горные породы

Содержание

1. Содержание………………………………………………………………………2
2. Введение………………………………………………………………………….3
3. Породообразующие минералы……………………………………………….4
4. Глубинные (интрузивные) горные породы………………………………….6
5. Излившиеся (эффузивные) горные породы………………………………..9
6. Строительные материалы, получаемые из магматических пород……13
7. Список использованной литературы……………………………………….18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Образование магматических пород  тесно связано со сложнейшими  проблемами происхождения магм и  строения Земли. Согласно современным представлениям Земля имеет концентрически-зональное строение и состоит из ядра, промежуточной оболочки (или мантии) и внешней оболочки - коры. Последняя, в свою очередь имеет три слоя: нижний - базальтовый, выше него - гранитный и верхний - тонкий чехол осадочных пород (рис.1).

Рис.1 Схема строения земной коры.

1 - осадочный чехол; 2 – гранитный  слой; 3 – базальтовый слой; 4- верхняя  мантия перидотитового состава; 5 – верхняя мантия эклогитового (гранито-пироксенового) состава;  обведенные цифры  – средние  толщины слоя (км)

 

Главной составляющей частью изверженных пород является кремнезем (SiO₂), в зависимости от содержания которого (в свободном и химически связном состоянии), эти породы разделяются на кислые (>65% SiO₂), средние (-66-65% SiO₂) и основные (<65% SiO₂).

Базальтовый слой коры состоит из пород основного  состава. В пределах океанов верхняя его часть доступна непосредственному изучению; мощность базальтового слоя под океанами не превышает 5-6 км, тогда как в пределах континентов она достигает 40 км. Гранитный слой состоит преимущественно из пород кислого состава и различных метаморфических пород. Этот слой развит в пределах континентов и континентальных склонов. Мощность его колеблется от 10 км в пределах платформ до 30 км в складчатых областях. Общая мощность земной коры на платформах составляет 30-40 км, в складчатых зонах достигает 30-70 км. В зависимости от условий образования выделяют две основные группы магматических пород - глубинные (интрузивные) и излившиеся (эффузивные). Глубинные - это породы, образовавшиеся при застывании магмы на разной глубине в земной коре. Излившиеся породы образовались при вулканической деятельности, излиянии магмы из глубин и затвердении на поверхности. Обломочные породы образовались при быстром охлаждении лавы.

Породообразующие минералы

Основными породообразующими  минералами магматических пород  являются: кварц (и его разновидности); полевые шпаты; железисто-магнезиальные  силикаты.

Все эти минералы отличаются друг от друга по свойствам, поэтому преобладание в породе тех или иных минералов меняет ее строительные свойства: прочность, стойкость, вязкость и способность к обработке (к полировке, шлифовке и т.п.).

Кварц, состоящий из кремнезема (диоксида кремня SiO₂) в кристаллической форме, является одним из самых прочных и стойких минералов. Он обладает: исключительно высокой прочностью при сжатии (до 2000 МПа) и высокой для хрупких материалов прочностью при растяжении (около 100 МПа); высокой твердостью, уступающей только твердости топаза, корунда и алмаза; весьма высокой кислотостойкостью и вообще химической стойкостью при обычной температуре; из кислот на него действует фтористо-водородная кислота и горячая фосфорная; едкие и углекислые щелочи вступают во взаимодействие с кварцем при повышенной температуре; высокой огнеупорностью - плавится при температуре 1700°С. Цвет кварца чаще всего встречается молочно-белый, серый.

Благодаря высокой  прочности и химической стойкости  кварц остается почти неизменным при выветривании магматических  пород, в состав которых он входит (например, при разрушении гранитов). Поэтому является также одним из самых важных минералов и в осадочных породах (в песчаниках и кварцевых песках).

Полевые шпаты - это самые распространенные минералы в магматических породах (до 2/3 от общей массы породы). Они представляют собой, так же как и кварц, светлые составные части пород (белые, розоватые, красные и т.п.). Главными разновидностями полевых шпатов являются ортоклаз и плагиоклазы.

  Ортоклаз - К₂0·Аl₂О₃·6SiO₂ или K[AlSi₃O₈] (по-гречески "прямораскалывающийся") характеризуется следующими свойствами: угол между спайностями 90°, твердость - 6-6,5, плотность 2,57 г/см³, плавится при 1170°С, полное расплавление при 1450°С. Встречаются в кислых (гранит) и средних (сиенит) по кислотности магматических породах.

Плагиоклазы (по гречески "косораскалывающийся") образуют изоморфный ряд от альбита Na₂0·Al₂0₃·6Si0₂ - или Nа[АlSi₃O₈], входящего в состав кислых пород, до анортита - CaO·Al₂O₃·2Si0₂ или Ca[Al₂Si₂O₈], характерного для основных пород (габбро, базальт и др.)

По сравнению с кварцем полевые  шпаты обладают значительно меньшей прочностью (120-170 МПа на сжатие) и стойкостью, поэтому они реже встречаются в осадочных породах (главным образом, в виде полевошпатовых песков). Выветривание полевых шпатов происходит под влиянием воды, содержащей углекислоту. Результатом выветривания является новый минерал - каолинит (важнейшая часть самой распространенной осадочной породы - глины).

К цветным (темноокрашенным) минералам, встречающимся в магматических  породах, относятся железисто-магнезиальные и магнезиальные силикаты и некоторые алюмосиликаты.

В группе железисто-магнезиальных силикатов наиболее распространены оливин, пироксены (например, авгит), амфиболы (роговая обманка). Среди магнезиальных силикатов встречаются вторичные минералы, чаще всего замещающие оливин - серпентин, хризотил - асбест.

    В  группе алюмосиликатов наиболее распространены слюды:

обыкновенные - мусковит (почти бесцветный), флогопит и биотит (темного цвета); гидрослюды - гидромусковит, гидробиотит. Твердость слюд 2-3.

Все вышеперечисленные  минералы, за исключением мусковита  и гидромусковита, отличаются от кварца и полевых шпатов темной окраской (зеленого, темно-зеленого, иногда черного цвета). Характерными свойствами цветных минералов (за исключением слюд) являются высокая прочность и вязкость, а также повышенная плотность по сравнению с другими минералами, которые входят в состав магматических пород. Увеличение содержания цветных минералов (за исключением алюмосиликатов) придает породам высокую прочность, вязкость и стойкость против выветривания.

Водные алюмосиликаты (слюды) являются нежелательной составной частью пород. Они понижают прочность пород, ускоряют их выветривание и затрудняют шлифовку и полировку, так как в результате совершенной спайности слюды весьма легко разделяются на очень тонкие пластинки. Слюды встречаются и в песках, где также считаются вредной примесью. Бетоны и строительные растворы на песке со значительным содержанием слюды обладают пониженной морозостойкостью.

Для специальных отделочных штукатурок в растворы иногда намеренно вводят слюду в целях достижения определенного художественного эффекта.

Глубинные (интрузивные) горные породы

Магматические породы, образующиеся в различной  геологической обстановке, отличаются специфическими признаками, к которым прежде всего относятся форма магматических тел и их взаимоотношения с вмещающими породами.

Особенности строения горных пород, зависящие от условий  образования, выражаются в структурных  и текстурных признаках.

Структура определяется степенью кристалличности и размерами зерен, а также формой и взаимными отношениями составных частей породы.

При медленном  остывании магмы в глубинных  условиях возникают полнокристаллические структуры. По размерам зерен среди кристаллических пород выделяют:   крупнозернистые (средний размер зерен более 5 мм), среднезернистые (1-5 мм) и мелкозернистые (0,5-1 мм), а также равномернозернистые и неравномерно-зернистые структуры (рис. 2).

Рис. 2. Типы структур (схемы):

а) неравномернозернистая; б) равномернозернистая

 

Текстура - совокупность признаков, определяемых расположением и распределением составных частей породы относительно друг друга в занимаемом ими пространстве. Подавляющее большинство магматических пород характеризуется массивной текстурой.

Следствием  медленного охлаждения магмы является ряд общих свойств для разных глубинных горных пород: весьма малая пористость и, следовательно, большая плотность и высокая прочность. Кроме того, в связи с очень малой пористостью эти породы обычно обладают весьма низким водопоглощением, морозостойкостью и сравнительно высокотеплопроводны. Обработка таких пород из-за их высокой прочности затруднительна. Однако благодаря высокой плотности они хорошо полируются и шлифуются.

Средние показатели важнейших строительных свойств таких пород: прочность при сжатии - 100-300 МПа; плотность -2600-3000 кг/м³; водопоглощение - меньше 1% по объему; теплопроводность - около 3 Вт/(м·°С).

Граниты обладают благоприятным для строительного камня минеральным составом, отличающимся высоким содержанием кварца (25-30%), натриево-калиевых шпатов (35-40%) и плагиоклаза (20-25%), обычно небольшим количеством слюды (5-10%) и отсутствием сульфидов. Граниты имеют высокую механическую прочность при сжатии - 120-250 МПа (иногда до 300 МПа). Сопротивление растяжению, как у всех каменных материалов, относительно невысокое и составляет лишь около 1/30-1/40 от сопротивления сжатию.

Необходимо  отметить, что в каменных материалах вследствие хрупкости сравнительно легко могут появляться тонкие (волосные) местные трещинки - от взрывов при добыче, от ударов, резких колебаний температуры и т.п. Эти трещинки оказывают сравнительно небольшое влияние на предел прочности при сжатии, но могут значительно понизить прочность на растяжение.

Одним из важнейших свойств гранитов является также малая пористость, не превышающая 1,5%, что обуславливает водопоглощение около 0,5% (по объему). Поэтому морозостойкость их высокая. Огнестойкость гранита недостаточна, так как он растрескивается при температурах выше 600 °С вследствие полиморфных превращений кварца. Гранит, так же как и большинство других плотных магматических пород, обладает высоким сопротивлением истиранию.

Граниты весьма разнообразны по цвету, зависящему в  основном от окраски полевых шпатов, которые могут быть белыми, серыми, желтыми, розовыми, красными. Различные сочетания отдельных компонентов и изменение структуры обуславливают разнообразие цветов, оттенков и декоративного рисунка гранитов, поэтому граниты являются прекрасным облицовочным декоративным материалом. В связи с высокой прочностью на сжатие, морозостойкостью граниты применяют для защитной облицовки набережных, устоев мостов, цоколей зданий, а также в качестве щебня для высокопрочных и морозостойких бетонов. Кроме того, благодаря значительной кислотостойкости, граниты применяют в качестве кислотоупорной облицовки.

Из всех изверженных  пород граниты наиболее широко используют в строительстве, так как они являются самой распространенной из глубинных магматических пород. Остальные глубинные породы (сиениты, диориты, габбро и др.) встречаются и применяются значительно реже.

Сиениты. Горные породы группы сиенитов занимают около 2,6% магматических пород. Породы эти окрашены в розовые, серые и зеленоватые тона, что зависит от цвета полевых шпатов. Сиениты состоят из калиевых (50-70%) и натриевых полевых шпатов (10-30%), цветных минералов (10-20%). Если присутствует кварц (10-15%), то породу называют кварцевым сиенитом. По физико-механическим свойствам сиениты близки к гранитам, несколько уступая им в прочности из-за отсутствия кварца.

Гранодиориты менее распространены, чем граниты, и отличаются от них меньшим содержанием кварца (20-25%), повышенным количеством цветных минералов (15-20%), в составе которых преобладает роговая обманка, поэтому эти породы темнее гранитов. В гранодиоритах всегда присутствует полевой шпат (45-50%). Гранодиориты по механической прочности уступают гранитам, что связано с меньшим содержанием кварца. Подобно гранитам, они находят в строительстве самое разнообразное применение от бута и щебня до облицовочного и скульптурного камня.

Диориты и кварцевые диориты. Это породы серого цвета; состоят они из плагиоклаза (65-70%) и роговой обманки, иногда вместе с пироксенами или биотитом, составляющими в сумме около 25-30%. Структура породы равномернозернистая, средне или мелкозернистая. Текстура массивная или пятнистая, что обусловлено наличием обособлений (шлиров), обогащенных темноцветными минералами.

Кварцевые диориты характеризуются присутствием кварца в количестве 5-20% и меньшим содержанием роговой обманки. Структура и текстура аналогичны диоритам.

Физико-механические свойства диоритов характеризуются  следующими показателями: плотностью - 2,9 кг/м³, пределом прочности при сжатии 180-240 МПа. Наиболее прочны диориты с мелко- и среднезернистой структурой, массивной текстурой и с повышенным содержанием роговой обманки. Разновидности, включающие биотит, имеют пониженную прочность. Диориты и особенно кварцевые диориты превосходят по прочности граниты и сиениты.

Габброиды. Среди габброидов важнейшими являются габбро и анортозиты.

Габбро - порода в свежем состоянии темно-серого или почти черного цвета, что объясняется темной окраской плагиоклазов и высоким содержанием цветных минералов. В результате вторичных изменений плагиоклазы приобретают светло-серый и зеленовато-серый цвет. Типичное габбро состоит примерно из равного количества натриево-кальциевого шпата и моноклинного пироксена. В очень малых количествах в габбро могут присутствовать оливин, ромбический пироксен, роговая обманка, биотит. Постоянными компонентами габброидов являются магнетит и титано-магнетит.