Горные породы и их виды

     Из  приведенного определения песчаник нельзя назвать осадочной породой, потому что он образовался на глубине не при выпадении осадка и вне термодинамических условий поверхностной части литосферы. Известняк из створок раковин моллюсков (ракушняк) стал таковым не на поверхности дна моря, а при погружении скоплений этих створок, также не выпадавших из морской воды. Признаков осадочного происхождения они не имеют. Относится это и к песку, например, эоловой фации.

     Метаморфические породы

     В том же словаре напечатано: «порода метаморфическая – основные особенности которой (минеральный состав, структура, текстура) обусловлены процессами метаморфизма, тогда как признаки первичного осадочного (в парапородах) или магматического (в ортопородах) происхождения частично или полностью утрачены».

     Анализ  приведенного материала. Прежде всего, необходимо отметиться, что нет признаков первичного осадочного или магматического происхождения. По ним противопоставлять метаморфические породы другим типам пород невозможно. Конечно, образцы горных пород ответить не могут, происхождение на них не написано.

     Под метаморфической предлагается понимать породу, изменившую форму, внешний облик. К ней относятся мрамор, кварцит, кристаллический сланец, гнейс и  др. Получается, по образцу, например, гнейса можно увидеть, что он образовался в процессе метаморфизма. Ничего подобного на нем не написано. В середине XVIII в. гнейс считался первичной породой, возникшей при сотворении Земли. В конце XVIII в. по гипотезе нептунизма гнейсу приписывалась химическая природа, – появился при осаждении солей из соленого горячего первичного мирового океана. В начале XIX в. Б. Котта отвел место гнейсу в первичной коре охлаждения – земной коре, т. е. образовался он при остывании первичного расплава. И только затем с середины XIX в. гнейс стал считаться метаморфической породой. Между тем кристаллическое сложение гнейса свидетельствует, что он образовался при перекристаллизации с увеличением размера кристаллов какой-то мелкокристаллической породы.

     Горных  пород, не изменивших внешний облик, вообще нет. Песок образовался при разрушении гранита, гнейса, песчаника или какой-то другой породы, песчаник при цементации песчинок и т. д. Получается, все горные породы образовались за счет других пород с изменением внешнего облика, часто минерального и химического состава.

     Таким образом, признаков происхождения  горные породы не имеют. Отсутствие признаков  происхождения не позволяет составить  алгоритмы их определения, компьютерные программы. Отсутствие признаков генезиса свидетельствует, что магматических, осадочных и метаморфических пород в природе нет. Это видимый мир геологии, или вымысел. 
 
 
 
 
 

     2. Основные свойства  горных пород

     2.1. Физические свойства  горных пород 

     Число физических свойств горных пород, проявляющихся  в их взаимодействии с другими объектами и явлениями материального мира, может быть сколь угодно велико. Однако для практики горного дела представляют интерес лишь те свойства, которые непосредственно связаны с процессами современной горной технологии. В геомеханике требуется знание, в первую очередь, механических и плотностных свойств, но вместе с тем могут представлять интерес и некоторые другие свойства, показатели которых достаточно чётко отражают состояние пород или отчетливо коррелируют с напряжениями в породном массиве и потому могут быть использованы для оценки напряженного состояния пород и массивов. Кроме того, некоторые физические характеристики пород могут быть достаточно тесно взаимосвязаны с механическими и плотностными показателями свойств горных пород, но при этом более просто определяются на образцах или в массиве.

     В качестве основного признака классификации  физических свойств пород наиболее целесообразно принять внешние поля или воздействия, во взаимодействии с которыми проявляются те или иные свойства. На основе этого признака можно выделить следующие классы физических свойств горных пород: плотностные, механические, горнотехнологические, тепловые, электромагнитные, радиационные.

     В табл.2/1 приведена классификация свойств с выделением внутри классов групп. ³  
 
 
 
 

     Таблица 2.1

     Классификация физических свойств горных пород

 

  
 

     2.2. Плотностные свойства горных пород 

     Плотностные свойства горных пород проявляются  в результате действия гравитационного  поля Земли. Их в свою очередь можно  подразделить на две группы: гравитационные и структурные. К гравитационным свойствам относят удельный g₀ и объемный g вес пород, к структурным — их удельную массу r₀, плотность (объемную массу) r, общую П и открытую пористость П₀, коэффициент пористости К_п.

     Удельный  вес—это вес единицы объема твердой фазы породы, т. е.

     _g0 = G_T/V_T                                                                                      (1)

     где G_T и V_T—вес и объем твердой фазы образца.

     Значения  удельного веса горных пород в  зависимости от удельного веса породообразующих минералов колеблются обычно в пределах 2,5—5,0 гс/см³.

     Объемным  весом называют отношение веса основных агрегатных фаз породы (твердой, жидкой и газообразной) к объему, занимаемому этими фазами:

     g = G/V,                                                                                            (2)

     где G —вес агрегатных фаз породы; V—объем, занимаемый этими фазами.

     Объемный  вес — это наиболее часто используемая плотностная характеристика горных пород, которая зависит от их состава  и структуры. Он всегда меньше удельного веса и лишь для весьма плотных пород может приближаться к нему.

     Удельная  масса — это отношение массы твердой фазы горной породы к объему твердой фазы:

     _r0 = m_T/V_T,                                                                                   (3)

     где m_T и V_T — масса и объем твердой фазы образца.

     Плотность (объемная масса) горной породы определяется как масса единицы ее объема (твердой, жидкой и газообразной фаз, входящих в состав породы), т. е.

     r = m/V,                                                                                          (4)

     где m—масса всех агрегатных фаз породы; V—объем, занимаемый этими фазами.

     Удельная  масса и плотность породы могут  быть выражены через ее удельный и  объемный вес:

     _r0 = g₀/g;                                                                                             (5)

     r = g/g,                                                                                                (6)

     где g—ускорение свободного падения.

     В отличие от удельного и объемного  весов плотность является параметром вещества в строгом физическом смысле.⁴

     Наибольшую плотность имеют массивно-кристаллические изверженные породы, наименьшую — осадочные и некоторые эффузивные (вулканические туфы, пемзы).

     Под пористостью горной породы понимают суммарный относительный объем содержащихся в ней пустот (пор). Суммарный относительный объем открытых (сообщающихся) пор характеризует открытую пористость П_о горной породы. Суммарный относительный объем закрытых (замкнутых) пустот называют закрытой или изолированной пористостью П_и. Пористость, которая определяет движение в породе жидкостей и газов, называют эффективной пористостью П_э. Общая пористость П определяется совокупностью закрытых и открытых пор. Отношение объема пор к объему минерального скелета называют коэффициентом пористости К_П.

     Поры  по размеру разделяют на три класса: сверхкапиллярные (более 0,1 мм), капиллярные (0,002—0,1 мм) и субкапиллярные (менее 0,0002 мм).

     Обычно  пористость выражают в процентах, относя объем пор v к полному объему породы V:

     П = (v / V)100%.                                                                           (7)

     Пористость  горных пород изменяется в широких  пределах — от долей процента до 90 % и более. Принято различать  породы с пористостью низкой (менее 5%), пониженной (5—10%), средней (10—15%), повышенной (15—20%) и высокой (более 20 %).  

     2.3. Механические свойства горных пород 

     Механические  свойства характеризуют поведение горных пород в различных механических силовых полях. Их подразделяют на ряд групп:

     - прочностные, характеризующие предельное сопротивление пород различного рода нагрузкам;

     - деформационные, характеризующие деформируемость пород под нагрузками;

     - акустические, характеризующие условия передачи породами упругих колебаний;

     - реологические, характеризующие деформирование пород во времени при заданных условиях нагружения; 

     Прочностные свойства определяют способность пород сопротивляться разрушению под действием приложенных механических напряжений. Они характеризуются пределами прочности при сжатии и растяжении, сцеплением и углом внутреннего трения.

     Пределом  прочности [s] называют максимальное значение напряжения, которое выдерживает образец до разрушения:

     [s] = P / F                                                                                     (8)

     где Р—разрушающая нагрузка; F—площадь, на которую действует приложенная нагрузка.

     Предел  прочности при одноосном сжатии образцов горных пород или, короче, прочность на сжатие [s_сж] — наиболее широко определяемая характеристика прочности пород. Её наивысшие значения для горных пород достигают 5000 кгс/см² (наиболее прочные базальты, кварциты), минимальные значения измеряются десятками и даже единицами килограмм-сил на квадратный сантиметр (мергель, гипс, каменная соль в водонасыщенном состоянии). Прочность на сжатие пород даже одного петрографического наименования в зависимости от состава и структуры может колебаться в весьма больших пределах. Так, показатель [s_сж] для различных базальтов изменяется в диапазоне 300—5000 кгс/см², гранитов — 370—3800 кгс/см². Обычно прочность пород на сжатие тем выше, чем выше их плотность.⁵

     Прочность на растяжение [s_р] горных пород значительно ниже их прочности на сжатие. Это одна из наиболее характерных особенностей горных пород, определяющих их поведение в поле механических сил. Горные породы плохо сопротивляются растягивающим усилиям, появление которых в тех или иных участках массива пород при разработке служит критерием опасности обрушений пород и разрушения горных выработок.

     Отношение [(s_р/s_cж] весьма показательно для сравнительной характеристики различных пород и колеблется в пределах 1/5—1/80, чаще же всего в пределах 1/15—1/40. Верхний предел 1/5 соответствует глинистым породам, нижний — наиболее хрупким породам (гранитам, песчаникам и др.).