Петрографічні особливості будови гірських порід
Властивості порід залежать в першу чергу від їх складу. Раніше відзначалося, що гірські породи складаються з мінералів. Відомо близько 3000 різних мінералів. Однак до складу гірських порід входить дещо більше двадцяти так званих породоутворюючих мінералів, які в земній корі є найбільш розповсюдженими.
Можна виділити кілька найважливіших груп породоутворюючих мінералів, які суттєво, при чому по-різному впливають на механічні властивості порід:
а) кварцові мінерали – кварц, кремінь, халцедон та ін.;
б) силікатнімінерали – польовий шпат, амфібол, піроксен, слюда,
в) карбонатні і глинисті гідрофільнімінерали – кальцит, доломіт, каолініт, палигорскіт та ін.;
г) легкорозчинні мінерали – гіпс, галіт, сильвін та ін.
За мінералогічним складом розрізняють мономінеральні і полімінеральнігірські породи. Більшість порід – полімінеральні. Прикладами мономінеральних порід є пісковики, вапняки, мармури, гіпси.
Найміцнішими і найбільш пружними є кварцові породи з кременистою цементацією (кременисті пісковики, кварцити). Досить міцними є силікатні породи. Однак, із збільшенням вмісту слюдистих мінералів показники міцності зменшуються. При наявності в породі глинистих і легкорозчинних мінералів її міцність і пружність різко зменшуються.
Властивості гірських порід залежать не тільки від складу, а й від їх будови. Під будовою порід розуміють розміри, взаємне розташування і спосіб зчеплення (зростання) мінеральних частин, з яких вони складаються. Найважливішими ознаками будови порід є їх структура і текстура.
Структура – це ступінь кристалізації порід (їх кристалічна чи аморфна будова), розміри, форма мінеральних частин, з яки х складається порода, і характер зв’язків між ними.
За ступенем кристалізації порід розрізняють повнокристалічні , неповно кристалічні, склисті, порфірові, уламкові структури.
Повнокристалічнимпородам характерна повна розкристалізація всіх мінералів, що входять до їх складу.
Неповнокристалічні породи складаються частково з кристалічних зерен (кристалітів), частково з аморфної склистої маси.
В породах порфірової структури в загальну склисту або кристалічну масу вкраплені крупні зерна.
Породи уламкової структури складаються із зцементованих уламків первинних порід, з яких вони утворилися. Із збільшенням ступеню розкристалізації порід зазвичай їх міцність зменшується.
За розмірами кристалічних зерен розрізняють породи гіганто -, грубо -, велико -, середньо -, дрібнозернистої афанітової і мікрокристалічноїструктур.
Аналогічно, уламкові породи поділяють нагіганто -, грубо -, крупно -, середньо -, дрібноуламкові.
Породи гігантозернистої структури мають розміри кристалів понад 100 мм. Розміри кристалів грубозернистих порід від 10 до 100 мм, великозернистих − від 5 до 10 мм, середньозернистих − від 1 до 5 мм, дрібнозернистих – до 1 мм. В породах афанітовоїструктури зерна можна розрізнити тільки в лупу, мікрокристалічної – лише в мікроскоп.
Із зменшенням зернистості, як правило, збільшується густина, міцність і пружність порід.
Розрізняють породи також рівномірнозернистої структури, складених із кристалітів приблизно однакових розмірів, і нерівномірнозернистої структури, в яких розміри складових кристалів суттєво відрізняються.
Властивості порід неповнокристалічної, порфірової і уламкової структур сильно залежать від характеру цементації і складу цементуючої (склистої) речовини. Розрізняють такі основні типи цементів ( рис. 2):
контактовий– цемент є лише на контактах дотикання зерен; цементація в цьому випадку зазвичай слаба, міцність порід невелика;
плівковий – кожен уламок оточений плівкою цементуючої речовини; якщо цемент такого ж складу, що і уламки, його називають регенераційним або цементом розростання;
поровий– мінеральні зерна безпосередньо дотикаються одне до одного, а пори між ними заповнені цементом; порівняно з попереднім типом міцність цементації більша
і залежить від співвідношення поверхонь безпосереднього контакту зерен і поверхонь, з’єднаних цементом;
базальний – зерна мінералів не дотикаються один до одного, занурені в склисту масу; ступінь цементації дуже високий, міцність породизалежить від характеристик цементуючої речовини;
корозійний (цементація розростання) – цементуюча речовина в’їдається в мінеральні зерна, а не лише заповнює проміжки між ними; міцність цементації у таких порід дуже велика.
Склад цементу (скла) може бути найрізноманітнішим: кременистим, залізистим, вапнистим, глинистим, гіпсовим і т. д. Найміцнішими є породи з кременистою і залізистою цементацією, найслабшими – з гіпсовою і глинистою.
Іншою дуже важливою ознакою будови порід наряду зі структурою є їх текстура.
Під текстурою (побудовою) розуміють взаємне розташування структурно однотипних частин породи (мінеральних зерен кристалічної породи чи уламків уламкової породи) в просторі, який вони займають.
Текстура породи може бути впорядкованою і невпорядкованою. З точки зору механіки гірських порід найважливішими є такі текстури:
масивна – частини породи щільно прилягають одна до одної, орієнтовані довільно;
пориста– частини породи прилягають одна до одної нещільно, між ними є багато мікропустот (пор);
шарувата – частини породи орієнтовані впорядковано, чергуються, утворюючи пласти і напластування.
До текстурних ознак відносять шаруватість, сланцюватість, пористість, тріщинуватість і пластову відокремленість.
Шаруватістьпорід зумовлена чергуванням при накопиченні порід з різною зернистістю чи розмірами уламків, порід різного складу і порід з різною орієнтацією зерен або уламків.
Залежно від грубизни шарів розрізняють листові,тонкошаруваті,середньошаруватіімасивні породи.
Сланцюватість проявляється як здатність гірської породи розколюватися на тонкі пластинки по паралельних площинах.
Вона зумовлена деформуванням гірських порід в процесі їх ущільнення, а також при тектонічних процесах. Положення площин сланцюватості відповідає орієнтації площадок з найбільшою інтенсивністю дотичних напружень.
В більшості випадків площини шаруватості і сланцюватості співпадають.
Пористість гірських порід є відношенням об’єму пор (пустот) до об’єму всієї породи. Це так звана абсолютнаабо фізична пористість.
Розрізняють ще відкриту, ізольовану (закриту) і ефективну пористість. Відкрита пористістьвраховує об’єм відкритих, з’єднаних між собою пор, закрита– об’єм ізольованих, не з’єднаних пор, ефективна – об’єм тільки тих пор, що здатні пропускати пластові флюїди.
Усі ці види пористості менші за фізичну. Як правило, уламкові гірські породи мають більшу пористість, ніж кристалічні.
Тріщинуватість – це наявність розсічення масиву гірських порід тріщинами і зумовлена тектонічними та фізико-хімічними процесами в земній корі.
Тріщинуватість визначається розмірами, густотою і взаємним розташуванням тріщин.
До макротріщин умовно належать тріщин з розкриттям більшим за 0,1 мм, а до мікротріщин – меншим за 0,1 мм.
Морфологія тріщин визначається формою тріщини, шорсткістю стінок, характером взаємного перетину та ін. За формою тріщини бувають прямолінійні, криволінійні, хвилясті. За характером поверхні стінок тріщин виділяють гладкі, шорсткі і текстурні. Більшість тріщин має гладкі стінки. За характером заповнення є тріщини відкриті, частково заповнені і заповнені твердою речовиною. Перетин тріщин має такі різновидності: тріщини не перетинаються, а закінчуються, як правило, самі; тріщини перетинаються без видимого зміщення площини тріщини; одна тріщина перетинає іншу з помітним зміщення; одна тріщина різко закінчується в іншій не перетинаючи її.
За походженням розрізняють ендогенні (первинні) і екзогенні (вторинні).
Пластова відокремленість – це наявність в масиві порід площин, по яких одні шари чи пласти відділяються від інших. При цьому зчеплення порід по площинах пластової відокремленості звичайно значно менше, чим зчеплення всередині пластів чи шарів.
Особливо значна ця різниця для шаруватих метаморфічних порід, яким властиве розшарування масивів. В процесах метаморфізму це розшарування супроводжувалося міжшаровими зсувами, що зумовило додаткове зменшення зчеплення і кута тертя по поверхнях розділу шарів.