Что относится к горным породам

Что такое горные породы

Природные образования представлены твердыми, консолидированными или мягкими, рыхлыми материалами. Вещества образуют земную кору, могут состоять из минералов однородной или разнообразной структуры, а также обломков других пород.

Геологические процессы определяют характеристики горных пород:

• компонентный состав;
• строение;
• особенности залегания.

Материалы в большей степени состоят из петрогенных элементов, которые являются главными химическими веществами породообразующих минералов. Горные породы образованы в земной коре миллионы лет назад, но с течением времени появляются новые породы. Все они служат источником полезных ископаемых, которые активно использует человек.

Твердые и мягкие

Природные образования в земной коре могут отличаться по структуре. Твердость определяет способность материала сопротивляться механическому давлению. Данное качество высоко ценится в современной промышленности.

Перечень примеров твердых горных пород:

1. Наиболее твердым камнем в мире является гранит.
2. К другим подобным разновидностям со схожими характеристиками прочности относятся сиенит и лабрадорит.
3. Черный габбро также считается одним из самых крепких камней на планете.

Такие материалы образовались миллионы лет назад. Жидкая магма при высоком давлении и температуре приобретала кристаллическую структуру твердого вещества. Для наиболее прочных камней характерна полнокристаллическая массивная заметная текстура.

Мягкие горные породы представляют собой материалы, состоящие из системы связанных между собой частиц. Они легко поддаются механической обработки и характеризуются разной плотностью в зависимости от химического состава и специфики происхождения.

К очень мягким, рыхлым и мягким материалам относятся:

• супесь;
• песок;
• ил;
• суглинок;
• мягкая глина;
• соль.

Породы данного типа встречаются на планете повсеместно. Они могут граничить с твердыми горными породами, залегать на поверхности или в недрах. Наиболее характерным геологическим регионом с присутствием мягких горных пород являются нефтяные месторождения на схеме Западной Сибири.

Классификация по происхождению

Вся поверхность нашей планеты состоит из минералов, которые находятся в скальной породе. Горная порода размещена по всей территории земного шара и находится в основном на поверхностности планеты.

Каждая порода характеризуется:

• степенью кристалличности;
• размерами и формами минералов;
• относительным положением частиц.

Горные породы отличаются, согласно происхождению. Бывают осадочные, магматические и метаморфические материалы. Их формирование произошло в конкретных обстоятельствах. В зависимости от месторождения, все они наделены особыми, отличительными свойствами.

Осадочные

Осадочные породы покрывают 75% всей площади Земного шара. Данные ресурсы представляет огромный интерес для всего человечества. В природных условиях минеральные вещества редко встречаются в чистом виде. Обычно материалы находят с большим количеством сопутствующих горнорудных примесей.

Магматические

Вещества кристаллизуются в горячей вулканической магме и имеют характерный силикатный состав.

В магматических породах содержатся вещества:

• полевых шпатов — 60%,
• кварцевых частиц — 12%,
• пироксенового вещества — 12%.

Метаморфические

К данному типу горных пород относятся материалы, которые образовались в земной коре в результате метаморфизма. В процессе смены физико-химических условий осадочные и магматические породы преобразовывались в новый материал. Изменения происходили по причине движения земной коры, что приводило к возрастанию температуры и давления, образованию газовых и водных растворов, воздействующих на горную породу.

Осадочные породы

Материалы, существующие в термодинамических условиях на поверхностной части земной коры, изменялись и преобразовывались миллионами лет.

Причинами образования осадочных горных пород могут являться следующие причины или их совокупности:

1. Переотложение продуктов выветривания и разрушения разных горных пород.
2. Химическое и механическое выпадение осадка из водной среды.
3. Жизнедеятельность организмов.

Как минимум три четверти материков планеты покрывают осадочные горные породы. Месторождения полезных ископаемых генетически или пространственно связаны сданной группой природных ресурсов. В осадочных образованиях нередко находят останки вымерших животных и растений, что позволяет изучать историю развития разных регионов планеты.

Распространение на поверхности земли

Осадочные породы содержат большое количество минералов, таких как кальций, доломит, гипс, ангидрит, сильвин, лимонит и других веществ. Они относятся к классу минералов осадочных пород, которые можно встретить в самых разных физико-географических условиях. К примеру, минералы присутствуют в железистой породе, а также образуются на дне водоемов и морей.

Большую площадь планеты занимает известняк.

Его особенности:

• известняк скапливается на дне озер и морей;
• породу можно встретить в долинах, где проходит русло рек;
• залежи располагаются вблизи водных источников с большим содержанием извести.

Это так называемые известковые туфу. Данные породы широко распространены и носят название «траверты». Глинистые породы очень разные. Можно встретить более 50 разновидностей глины. Материал отличается по содержанию минералов и химических органических примесей. В породе присутствуют частицы, размером от 0,01 до 0,001 мм.

Условия образования

Горные осадочные породы представлены на планете в огромном разнообразии. В зависимости от условий образования их классифицируют на следующие группы:

• обломочные или механические отложения;
• химические осадки;
• органогенные.

Материалы обломочного типа образовались при физическом выветривании под воздействием ветра, воды, знакопеременных температур. Данные породы подразделяют на рыхлые и цементированные. К первой категории относятся песок, графий и глина, которые образовались при выветривании изверженных и осадочных горных пород.

Причиной образования химических осадков послужило выпадение солей в процессе испарения воды в водоемах. Примерам таких материалов являются гипс, ангидрит, магнезит, доломит, известковые туфы. Для образования органогенных пород необходимы продукты жизнедеятельности и отмирания водных организмов. К данным породам относятся разные типы известняка, мела, диатомита и трепела.

Классификация осадочных пород

Деление природных материалов на группы позволяет лучше изучать их свойства и признаки. В основе классификации осадочных горных пород лежат знания о составе и строении материалов. Систематизация пород по данным признакам необходима для успешного использования литологии для анализа и разработки недр планеты.

Обломочные

Обломочная порода состоит из фрагментов минералов, остатков органических тел, включая известковые скелеты животных, морских обитателей, ветки деревьев, их стволы. Обломки могут быть крупными — более 10 миллиметров, или мелкими — до 0,01 миллиметра. Фрагменты имеют разную форму, иногда напоминают круг или сферу.

В группу обломочных пород обычно попадают:

• пески;
• алевриты;
• галька;
• продукты их распада.

Бывает, что обломки породы прочно скреплены глинистым веществом. Это природный цемент, который может состоять из кремнистых, карбонатных, железистых, глинистых примесей. У обломочных пород очень низкая плотность — от 1,2 до 2,0 грамм на квадратный сантиметр.

Коллоидно-осадочные

К данному типу материалов относятся породы с землистой пористой, оолитовой, бобовой и конкреционной структурой. Типичными примерами коллоидно-осадочных горных пород относятся:

• глины;
• аргиллиты;
• глинистые сланцы.

В группу материалов данного коллоидно-осадочного происхождения ученые относят и другие распространенные виды. Яркими примерами служат образования глиноземистого, включая латериты и бокситы, железистого, марганцевого состава.

Хемогенные

К распространенному генетическому типу осадочных горных пород относят группы сульфатных и галоидных материалов. Данная классификация обусловлена составом и условиями залегания хемогенных материалов.

К сульфатным породам относят:

• ангидрит;
• гипс.

Галоидные материалы образуют залежи полезных ископаемых, которые активно используются человеком в разных отраслях промышленности. Примерами таких пород являются:

• каменная соль;
• карналлит;
• сильвинит.

Биохимические

Биохимические породы образуются на дне озер, морей и океанов. К ним относятся:

• известняки;
• ракушечник;
• погибшие кораллы;
• рифовый известняк;
• планктонный и фораминиферовый ил;
• озерный мел;
• диатомиты (диатомовые илы);
• сапропели (водорослевые илы);
• торф на суше.

Магматические породы

Данную группу материалов представляют конечные продукты, образовавшиеся в результате магматической деятельности, в процессе затвердевания магмы и лавы. При переходе природного расплава в твердое агрегатное состояние вещества кристаллизуются. Магматические породы имеют огромное значение для земной коры. Они образуют геологические тела, отличающиеся по форме и размерам, составу и структуре. Магматиты в большом количестве расположены в щитах, платформах, орогенах, океанической коре. Около 90-95% верхнего слоя земной коры, что составляет примерно 16 километров, представлено магматическими и матаморфическими горными породами. Приблизительно 15% тверди на поверхности планеты занимают магматиты.

Происхождение

Магматические горные породы расположены поблизости от действующих или давно уснувших вулканов. Данные материалы произошли в результате извержения лавы, встречаются как на суше, так в воде.

Они состоят из смеси компонентов:

• вулканических пеплов;
• шлаков;
• пемзы;
• вулканических бомб.

Примеры

Исходя из компонентного состава, магматические породы бывают следующих разновидностей:

1. Кислые породы с содержанием кремнезема в пределах от 64% до 78% являются такие материалы, как гранит, дацит, грано-диорит.
2. К типу основных пород относятся разные виды габбро, базальтов, пироксенитов с содержанием кремнезема от 44% до 53%.
3. В ультраосновных породах таких, как дунит и периотит, кремнезем составляет от 30% до 44% от общего объема.

Гранит (от латинского «granulum» — «зернышко») образуется после кристаллизации магмы на глубине более 2 километров. Гранит может состоять из мелких и крупных зерен, обладать светлым розовым, красным, серым окрасом. Цвет материала зависит от содержания в нем калиевого полевого шпата.

В этом типе породы преобладающее значение имеют:

• кварц — от 30% до 35%;
• полевой шпат — от 50% до 60%;
• плагиоклаз — от 10% до 15%.

Акцессорные минералы представлены разновидностями:

• апатита,
• циркона,
• сфена,
• монацита,
• турмалина,
• биотита,
• магнетита и других.

На земле насчитывается более 20 разновидностей гранитных пород. Среди них встречаются:

1. Пегматиты гигантозернистого типа.
2. Аляскиты мелкозернистого типа.

Плотность гранитных пород колеблется от 2,58 до 2,81 грамм на сантиметр кубический. Граниты различают в зависимости от:

• формы;
• происхождения;
• глубины залегания.

Выбросы магматических расплавов иногда прорываются через трещины на поверхность, изливаются на поверхность земли в виде вулканических потоков. Излившиеся материалы легко отличить по неравномерной кристалличности. Отдельные виды минералов погребены под пористой или стекловидной массой. В этой породе кристаллы не видны.

К таким образованиям относятся:

1. Базальт, который по химическому составу является основной породой и обладает плотностью 2,85 грамм на сантиметр кубический.
2. Липариты, представляющие собой кислые минералы с плотностью 2,59 грамм на сантиметр кубический.

Базальтовый расплав может содержать много газа. Попав на поверхность Земли, газообразное вещество мгновенно улетучивается, оставляя после себя поры, в результате данного физического явления порода становится ноздреватой. Если содержание газа в породе превышает приделы ее пресности, образуется горная порода, называемая пемзой, которая легче воды.

Классификация магматических пород

В глубинной магматической породе минералы расположены равномерным слоем зерен. Такие образования делятся на две крупные подгруппы:

1. Интрузивная, включая гранит, диорит, габбро.
2. Эффузивная, то есть вулканическая, включая адезит, базальт, дацит, липарит.

Эффузивные

Материалы данного типа, как правило, содержат вулканическое стекло, мелкие кристаллы, более крупные порфировые выделения.

Вулканические породы характеризуются следующими признаками:

• порфировой структурой, то есть образованием только отдельных кристаллов;
• основной массой в виде плотной или аморфной структуры;
• наличием большого количества мелких пустот;
• текстурой течения, представляющей собой ориентировку отдельных элементов материала, полосчатое распределение окраса или овальную форму уплощенных и вытянутых пустот;
• частое присутствие столбчатых структур.

Эффузивные горные породы отличаются в зависимости от окраса. Материалы могут обладать разной интенсивностью цвета — от светлых к темным оттенкам. Также вулканические магматиты характеризуются разным минеральным составом в зависимости от условий происхождения.

Интрузивные

Данным типом горной породы созданы геологические тела, которые обладают разной формой и размерами. Их границы характеризуются резким сечением относительно вмещающих толщ. Встречаются и сонаправленные породы такие, как силлы. При перепадах температуры магмы и окружающих толщ в пределах интрузий возникают контактовые ореолы измененной горной породы.

В зависимости от глубины залегания среди интрузивных материалов выделяют следующие разновидности:

1. Абиссальные или платонические, образующиеся на самой большой глубине, включая гранит, диорит, габбро.
2. Гипабиссальные породы, которые сформировались на небольшой глубине и поверхностных областях, в виде габбро-порфиритов, гранит-порфиров.
3. Мезоабиссальные материалы, характерные для средней глубины залегания породы.

Метаморфические породы

Исходный материал для данного типа материалов представлен в виде осадочных и магматических пород. Формы залегания метаморфических пород различны. К примеру, если в основу материала составляют осадочные породы, то им соответствует пластовая форма залегания. Для производных магматитов характерны формы интрузий или покровов.

Химический состав метаморфических пород определяется аналогичными параметрами исходного материала и может изменяться в результате воздействия водных растворов и метасоматических процессов. В минеральный состав входят один минерал такой, как кварц или кальцит, либо несколько сложных силикатов.

Главными породообразующими минералами являются:

• кварц;
• полевой шпат;
• слюда;
• пироксены;
• амфиболы.

К типичным метаморфическим минералам относятся:

• гранат;
• андалузит;
• дистен;
• силлиманит;
• кордиерит;
• скаполит.

Слабометаморфизованными породами являются:

• тальк;
• хлорит;
• актинолит;
• эпидот;
• цоизит;
• карбонат.

Условия образования

Метаморфическая порода образовалась в результате изменения (метаморфизма) массы материала из осадочных или магматических пород. При длительном сжатии, а также под воздействием высокой температуры и давления газа в породах происходит изменение состава минералов.

Таким образом, на поверхности земли появляются новые минералы в виде:

• эпидота;
• хлорита;
• талька;
• серицита;
• графита и других минеральных веществ.

Различные классы

Классификация метаморфических пород основана на масштабе проявления и типе метаморфизма. Исходя из первого критерия, материалы подразделяют на следующие типы:

• региональный;
• локальный.

В зависимости от проявления отдельных факторов выделяют следующие горные породы метаморфического происхождения:

1. Изохимические, характеризующиеся отсутствием изменений валового химического состава породы, и аллохимические или метасоматические, возникающие при изменении валового химического состава вновь образованных пород.
2. Породы, образованные при динамо-метаморфизме, сопровождающимся направленным давлением.
3. Термальные или контактово-термальные материалы, образованные за счет тепла, выделяющегося при остывании магмы на контакте интрузивных тел с вмещающими их породами.

Примеры образования метаморфических пород

Самая распространенная из таких пород — мрамор, образующийся при метаморфизме известняка. Чистый и белый мрамор может пропускать свет в слое материала, толщиной до 30 сантиметров, что придает ему характерное мерцание. После воздействия на породу высокой температуры и механического сжатия, вулканическая осадочная порода преобразуется в гнейсы, а каменный уголь — в графит.

Гнейсами называется метаморфическая горная порода. В природе существует 40 разновидностей гнейсов. Чаще всего их можно встретить на территории Карелии, Финляндии, в Канаде и Восточной Сибири.

Характерные особенности гнейсов:

• окрас зеленовато-серого оттенка;
• структура включает тонкие темные, практически черные, и светлые прослойки;
• в состав входят сплюснутые минералы и остатки пород.

Гнейсы образуются при высокой температуре от 400 до 900 градусов и давлении в 3-9 тысяч атмосфер. Такая среда существуют только на глубине в недрах Земли.

Образование гнейсов может состоять из нескольких этапов:

1. На ранней стадии осадочные породы, включая пески и ил, преобразуются в глины с песчаником, в некоторых случаях — в глинистые сланцы. Обычно данное явление происходит в верхних горизонтах земной коры, где температура и давление не достигают больших значений.
2. По мере погружения в глубь земного шара, температура и давление увеличиваются, из- за чего сланцы и песчаники мгновенно уплотняются. Отделив воду и минералы, они «расплющиваются».

Появление характерных листовидных и чешуйчатых «метаморфических» минералов связано со сменой геологических условий. К их числу относятся:

• хлорит;
• тальк;
• силиманит;
• ставролит.

Воздействие высоких температур на минералы способствует их частичному расплавлению в уже измененную породу. На заключительных этапах гнейсы приобретают свои пластичные свойства и могут сминаться в складки, образуя тем самым гранитогнейсовые купола. Данный процесс протекает очень медленно. На Земле гнейсовым образованиям около 2-2,4 миллиардов лет. Чем старше гнейсы, тем больше фаз метаморфизма они прошли.

Физические свойства горных пород, сфера их применения

Численным выражением физического свойства горной породы являются размерные или безразмерные параметры в форме коэффициента, показателя, характеристики, то есть количественная мера этого свойства.

Различают скалярные и тензорные физические параметры материалов. Из-за многообразия минерального состава, структур, многофазности, генезиса горные породы обладают широким диапазоном значений физических свойств. На протяжении многолетнего периода изучения удалось определить стандартные методы измерений физических свойств горных пород с указанием состава и строения материала.

В физике горных пород принята классификация, в которой выделяются основные группы физических свойств, зависящие от типа внешнего физического поля:

• плотностные;
• механические;
• тепловые;
• электрические;
• магнитные;
• волновые;
• радиационные;
• гидрогазодинамические.

С помощью основных независимых физических параметров сопоставляют, совместно рассматривают и анализируют разные горные породы. К данным характеристикам относятся:

• объемная масса;
• пористость;
• прочность на сжатие;
• прочность на растяжение;
• модуль продольной упругости;
• коэффициент относительных поперечных деформаций;
• коэффициент теплопроводности;
• удельная теплоемкость;
• коэффициент линейного теплового расширения;
• удельное электрическое сопротивление;
• относительная диэлектрическая проницаемость;
• относительная магнитная проницаемость.

Паспорт горных пород по физическим свойствам представляет собой унифицированную цифровую запись базовых физических параметров определенной горной породы. Основные параметры обязательны к определению и являются общим фундаментом в науке, которая изучает все горные породы.

Горные породы для современного человечества обладают в первую очередь прикладным, утилитарным значением. Но также высоко ценятся и декоративные качества многих природных ископаемых. В хозяйственном комплексе натуральные материалы применяются в различных направлениях деятельности человека.

Большое значение горные породы имеют для промышленности и других сфер:

• Из габбро извлекают железо, титан, ванадий, никель, медь, серу, а пироксениты служат источником железа и платины.
• Гранит, мрамор, базальт применяется в качестве декоративной отделки, кирпич и бетон служат популярным строительным материалом.
• Из щебня, бетона, битума оснащают дороги, трассы и тротуары.
• В качестве источника энергии используется уголь, торф, радиоактивное сырье.
• Из песка и песчаника производят стекло, силикатный кирпич, бетон, дорожные покрытия.
• Доломит является одним из компонентов при производстве резины, фарфора, фаянса.
• Из известняка изготавливают соляную, уксусную кислоту, ацетилен, каустическую соду, карбид кальция, цемент.

Высоким спросом в хозяйственной деятельности пользуется глина. Натуральный материал идет на производство черепицы, посуды, кирпича, фарфора и фаянса. Специальные разновидности глин используются в косметологии и медицине. Многие горные породы применяются в сельском хозяйстве для удобрения и обработки почв. Горные минералы необходимы для производства продукции пищевой, химической отрасли, машиностроения, приборостроения. Кроме того, горные породы используются для изготовления скульптур, памятников, различных архитектурных форм.