Что такое горная порода
Горные породы – это массы из одного либо нескольких видов минеральных компонентов, органического вещества. Они сформированы природными процессами и слагают земную кору.
В широком смысле к горным породам причисляют также воду, жидкие углеводороды и газы.
Это предмет изучения нескольких наук: литологии, петрографии, петрофизики, геохимии, геодинамики.
Термин «горная порода» ввел в научный оборот в 1798 году русский химик и минералог Василий Севергин.
Классификация
Разработано деление пород осадочного происхождения на группы в соответствии с физико-химическими характеристиками.
Обломочные
Состоят из обломков минералов, останков биологических организмов (известковые стволы, ветви деревьев, скелеты животных).
Эту группу составляют алевриты, галечники, пески и их фрагменты.
Обломки бывают сцементированы глинистым веществом разного состава: железистым, кремнистым, карбонатным. Но плотность все равно мала – максимум 2 г/см3.
Габариты обломков – от 0,01 до 10+ мм. У них разная форма (почти всегда гладкая, но не обязательно круглая).
Вулканогенно-обломочные
Чаще фигурируют в литературе как вулканогенно-осадочные или пирокластические.
Порождены вулканизмом, поэтому их находят вблизи вулканов – действующих или спящих сотни лет. Причем на суше или под водой.
Фактически это смесь продуктов извержения вулканов: пеплов, пемзы, песков, шлаков.
Пемза в природе
Глинистые
Дисперсные продукты – результат химического преобразования алюмосиликатных и силикатных компонентов материнских пород.
Группа объединяет более полусотни позиций с разным минеральным, химическим и органическим составом.
Общая характеристика глинистых пород – доминирование частиц микроскопических габаритов (0,01-0,001 мм).
Выделено два типа – собственно глины и аргиллиты.
Биохимические
Биохемогенные и органогенные породы созданы в результате осаждения из растворов или концентрации органических веществ. В процессе задействованы разные организмы либо продукты их жизнедеятельности.
Это нефть, уголь, торф.
Разновидности
Наиболее популярна классификация минерального сырья по происхождению. Выделяют четыре класса горных пород.
Магматические
Формируются в результате остывания магмы. Состав и свойства зависят от температуры, давления, глубины извержения, минерального и химического состава расплава.
Магматические горные породы
Магматические горные породы подразделяются на интрузивные и эффузивные:
- Интрузивные. Формируются на глубине при замедленном остывании расплава.
- Эффузивные. Застывают при выходе магмы на поверхность.
Разновидность интрузивных – гипабиссальные породы. Они образуются на меньшей глубине. Отличить от интрузивных позволяет неравномерно-зернистая текстура.
Магматическое сырье классифицируется как первичное.
Представители группы: базальт, гранит (и его разновидность пегматит), лабрадорит, габбро.
Базальт
Осадочные
Осадочные горные породы формируются на поверхности или очень малой глубине при низкой температуре и давлении.
Осадочные породы
Это результат нескольких процессов:
- Переформирование фрагментов более древних руд, в результате чего получаются обломочные породы.
- Концентрация продуктов жизнедеятельности биологических организмов.
- Осаждение из воды химических элементов и соединений.
Осадочный материал считается вторичным. Его отличает слоистость и залегание пластами.
Представители: торф, мел, кальцит, доломит, уголь, соль, гипс.
Применение гипса
Метаморфические
Метаморфические, то есть измененные, руды создаются, когда осадочные и магматические изменяются под воздействием окружающей среды.
Если температура заставляет породу плавиться, говорят об ультраметаморфизме. Такой процесс уравнивает метаморфические горные породы с магматическими.
Представители: мрамор, кварцит, гнейс, глинистый сланец.
Сланец в интерьере
Метасоматические
Метасоматические горные породы – итог взаимодействия с жидкостями. Вода, расплавы карбонатов, силикатов, других соединений проходят сквозь рудную толщу. Материнская руда остается твердой, но, насыщаясь, меняет химический состав.
Их легко отличить по зональности, создаваемой потоком. При этом каждая зона выглядит по-своему.
Представители: вторичные кварциты, березиты, гумбеиты, скарны, альбититы.
Скарн дальнегорский
90% объема земной коры – это магматические, метасоматические и метаморфические горные породы. Однако осадочные (10% объема) охватывают три четверти поверхности планеты.
Вещественный состав
Поскольку типы ОГП отличаются по источнику происхождения и особенностям процессов породообразования, они отличаются минеральным составом, в который могут входить различные химические элементы из таблицы Менделеева. Сложные единства содержат разнородные составляющие в виде реликтовых минералов, продукты разложения глин или слюд, экзогенные новообразования из истинных и коллоидных растворов.
Компоненты ОГП делят на две группы:
- Аллотигенные. Вещества представляют собой обломки, вулканогенный материал, терригенные или космогенные компоненты. Они поступают с суши или со дна водоёмов. Вещества переносятся путём волочения или в качестве механической взвеси, превращаясь в осадок. Аллотигенные составляющие противостоят гипергенному воздействию. Примеры минеральных компонентов — каолинит, кварц, дистен, полевые шпаты, ставролит, циркон. Степень механической обработки влияет на форму породы, которая бывает сферической, угловато-окатанной или неокатанной.
- Аутигенные. Эти вещества появляются в осадочных породах на различных этапах формирования. Составляющими будущих ОГП являются гидроксиды, глина, соли, сульфаты, глауконит, хлориты, фосфаты, сульфиды некоторых металлов и другие соединения. Природу веществ определяют по идиоморфности в порах и полостях, структуре зёрен, сферолитовому и оолитовому строению, сочетанию или замещению с иными минералами.
По стадии формирования аутигенные компоненты также группируют на диагенетические, катагенетические, метагенетические, седиментационные и элювиальные. Составляющие отображают физико-химические условия, в которых образовались минералы.
Возраст
Ученые и геологи определяют возраст горных минералов по двум шкалам.
Относительный
Возраст горных пород определяется относительно друг друга: какая моложе, какая старше.
Это выясняют стратиграфическим или палеонтологическим методами:
- Стратиграфический метод предусматривает изучение взаимного расположения слоев. Но только если за миллионы лет движения из-за тектонических процессов не наблюдалось. То есть разрушения слоев не было, их последовательность сохранилась. В этом случае чем выше слой, тем моложе порода. В самых верхних слоях она самая молодая.
- Маркер палеонтологического метода – ископаемые органические остатки. Установлено, что слои-ровесники содержат остатки одних и тех же видов растений или животных.
Оба метода берут за основу расположение слоев породы в земной коре.
Абсолютный
Точный возраст залежей выясняют по состоянию радиоактивных элементов в составе.
Степень распада радиоактивных элементов известна точно, у него постоянная скорость, на которую не влияют внешние катаклизмы. Это позволяет установить возраст горной породы с точностью до сотен лет.
Обычно используются уран-235 или 238, торий-232, углерод-14.
Выбор изотопа зависит от предполагаемого возраста породы:
- Для материала моложе 50 тыс. лет (например, торфа) это изотоп углерода.
- Изотопы урана, свинца, тория, калия, самария годятся для пород старше 3,5 млрд. лет.
- Рубидий-стронциевый, уран-свинцовый материал применим к образцам возраста от ста млн. до пяти млрд. лет.
Для определения возраста рассчитывают отношение массы вновь образованного элемента к массе используемого радиоактивного изотопа.
Стадии формирования
Осадочные породы разных видов формируются миллионы лет. Но этапы процесса образования идентичны.
Диагенез
Осадок на суше либо дне водоема – это нестойкое образование из компонентов разного агрегатного состояния (твердые частицы, газы, жидкости).
Под влиянием биоорганизмов в его толще и внешних природных процессов запускается процесс преобразования:
- Залегающие выше слои уплотняют осадок, что ведет к его первичному обезвоживанию, растворению, выведению неустойчивых компонентов (то есть перекристаллизации).
- Разложение останков растений, животных изменяет химические параметры осадка.
- Финальная стадия этапа – прекращение жизнедеятельности большинства биоорганизмов, стабилизация связки «внешняя среда – осадочный материал».
Диагенез занимает десятки или сотни тысяч лет, во время которых создается осадочный слой толщиной 12-55 м, иногда больше.
Катагенез
На этой стадии происходят кардинальные преобразования по структуре, текстуре, минералогическому составу.
Они обусловлены влиянием внешней среды: температуры, давления, минералогического состава воды, радиации.
Осадочные пласты еще больше уплотняются, окончательно обезвоживаются, избавляются от неустойчивых соединений, биоорганизмов.
Результатом становится образование новых минералов.
Метагенез
Преобразование осадочных пластов на данной стадии обусловлено теми же, но более выраженными природными факторами:
- Степень минерализации, насыщенности газами вод, температура выше.
- Окислительно-восстановительный (Eh), водородный (рН) показатели меняются.
Результат – максимальное уплотнение осадочного материала, изменение минерального состава, структуры, текстуры. Зерна укрупняются, исчезает хаотичность в расположении, обнуляется присутствие останков фауны.
В финале осадочные породы перемещаются в группу метаморфических.
Месторождения
Горные породы – основа земной коры, почти все их месторождения имеют промышленное значение.
Их классифицируют по нескольким признакам:
- Вид сырья. Рудные, нерудные, горючие (углеводороды, сланцы, угли, торф), гидроминеральные (вода).
- Геологическое строение. Простые, сложные, особо сложные. За основу взято состояние слоев, равномерность залегания.
- Глубина залегания. В зависимости от нее сырье добывают открытым (карьер) или закрытым (шахта) способом.
Объемы добычи измеряются миллионами тонн, цена почти всегда устанавливается также за тонну. Исключение – радиоактивные, декоративные материалы. Например, каррарский мрамор.
Свойства и характеристики
Каждая горная порода наделена характеристиками и свойствами, которые создают ее уникальное описание. Среди основных – структура и текстура.
Структура создается зернистостью (форма и габариты зерен), кристалличностью, соотношением компонентов:
- У магматических учитывается степень кристалличности.
- Для осадочного материала актуальна форма кристаллов.
- Метаморфические агломераты классифицируют по размеру зерен.
- Метасоматические образования наделены гранобластовой структурой.
Текстура – это взаимное расположение и распределение компонентов в объеме:
- У магматических бывает однородной либо неоднородной.
- У осадочных различают характер поверхности и межслоевой.
- Метаморфические горные образования представлены пятнистой, полосчатой, сланцевой, плойчатой, другими текстурами.
- У метасоматических горных пород она наследуется от исходных компонентов или создается в виде ритмичных слоев.
Текстура отражает слоистость, пористость, массивность, цвета, оттенки породы.
Сферы применения
В отличие от драгоценных минералов, горные породы имеют, в первую очередь, утилитарное, прикладное значение. Но могут приносить и эстетическое наслаждение.
Хозяйственный комплекс
Промышленность, другие отрасли используют горные породы всех видов:
- Из руд извлекают металлы, включая редкоземельные и ценные. Например, габбро – источник железа, титана, ванадия, никеля, меди, серы. Пироксениты насыщены железом и платиной.
- Гранитом, мрамором, базальтами, порфирами декорируют здания и интерьеры премиум-уровня. Из кирпича, бетона возводят частные дома, общественные здания.
Мраморный дворец в Санкт-Петербурге - Щебнем, бетоном, битумом выкладывают дороги, автотрассы, тротуары.
- Уголь, торф, радиоактивное сырье – источник энергии. Его забирают тепло-, гидро-, атомные станции. Углем топят печи в населенных пунктах, куда не добрался газ.
- Из песка, песчаников изготавливают стекло, силикатный кирпич. Их добавляют в бетон, смесь для покрытия автомобильного или железнодорожного полотна.
- Доломит используется при производстве изделий из резины, фарфора, фаянса.
Кристалл доломита - Известняк – исходник для получения химического ассортимента: соляной, уксусной кислоты, ацетилена, каустической соды, карбида кальция, цемента.
- Из глины получают черепицу, посуду, кирпичи, фарфоро-фаянсовые изделия. Специальной разновидностью очищают жиры, масла, соки. Ее ценят косметологи и врачи.
- Это полезная составляющая сельхозудобрений.
Без горных минералов не обходится пищевая, химическая отрасль, машино-, приборостроение.
Нашли применение даже алмазы. Рядовое сырье служит абразивом, элитный горный минерал превращается в бриллиант.
Его разновидность графит становится стержнями в карандашах и ядерных реакторах.
Применение графита
Другие сферы
Достоянием истории стала античная скульптура из мрамора, греческий Парфенон, средневековые храмы.
Современными мастерами-камнерезами востребованы гранит, мрамор, яшмы, эстетические разновидности другого сырья. Из них изготавливают статуи, канделябры, настольные приборы, резные каминные полки, другие подобные изделия. А также эзотерический ассортимент, раскупаемый адептами эзотерики, магами, целителями.
Столешницы из мрамора
Собиратели минералогических коллекций не упустят возможности приобрести даже рядовой экземпляр для полноты ассортимента.
Типичные представители
Номенклатура минералов осадочного происхождения насчитывает сотни названий.
Самые востребованные:
- Доломит. Ценится материал скрытокристаллической структуры (по описанию напоминает фарфор). Кристалл доломита
- Гипс. Особо востребованы разновидности алебастр и волокнистый (селенит) – белого либо желтовато-розового цвета с шелковистым блеском.
- Песчаник. Разновидности: гипсовый, глауконитовый, глинистый, железистый, известковистый, кварцевый, кремнистый, слюдистый. Определяются по доминирующему материалу.
- Аргиллит. Плотная темно-серая глина.
- Галит. Каменная соль.
- Известняк. Разновидности: ракушечник, коралловый(из коралловых полипов), мел, кальцит, туф.
- Мергель. Совокупность осадочных пород серых или бурых оттенков из глины, доломита и известняка.
Мергель - Диатомит. Основа – опал. Плюс глинистые минералы, кварц, остатки морских организмов (раковин диатомей, губок, радиолярий).
- Трепел. Выглядит как диатомит. Отличить возможно только на спецаппаратуре.
- Торф. Материал из недоперегнивших фрагментов растений.
- Уголь. Разновидности: бурый, каменный, антрацит. Последний самый энергетически выгодный.
- Нефть. Состоит из углерода, водорода, соединений кислорода, серы, азота. Плюс органические и неорганические примеси.
- Асфальт. Плотная горная смолас доминированием водорода и углерода в составе.
- Озокерит (горный воск). Получается, когда из насыщенной парафинами нефти улетучиваются легкие компоненты. Выглядит как пчелиный воск, но темнее. Горюч.
К осадочным горным породам относится опал и янтарь.
Камень огненный опал
Опалы – это окаменевшие деревья и скелеты мелких животных, янтарь – затвердевшая смола хвойных деревьев возрастом 26-31 млн. лет.
Янтарь зеленого цвета
Зачем нужно изучать свойства пород
Выявление свойств горных пород имеет практическое значение:
- Малая пористость делает агломерат прочнее, плотнее. Он меньше уязвим перед влагой, но хуже проводит тепло, ток. Аналогична ситуация с зернистостью.
- От упругости зависят акустические параметры.
- Магнитные, электрические характеристики влияют на электромагнитные свойства.
При разработке месторождения учитывают объемы залежей плюс характер сырья: твердость, плотность, цельность, степень выветривания. Исходя из этого, подбирают технику, определяют количество, состав бригады, время на выполнение работ.
Точные физико-технические характеристики породы помогают разработать оптимальную технологию их использования.
Для строителей имеет значение массивность, прочность, истираемость породы. У декораторов в приоритете красота и возможность обработки.
