16302C

1.4.1 Магматические горные породы

Магматические горные породы образуются в результате остывания и кристаллизации магмы. Магма - это огненно-жидкий расплав-раствор, содержащий различные элементы, их окислы и летучие компоненты (фтор, хлор, воду, углекислоту и др.). В процессе кристаллизации магмы происходит перераспределение компонентов. Если образующиеся кристаллы удаляются из магматического очага, например, опускаются в более глубокие горизонты или всплывают в верхние, состав магмы будет постепенно меняться и из нее будут кристаллизоваться различные горные породы. Большую роль при образовании различных по составу горных пород играют процессы ассимиляции-захвата и расплавления магмой пород на контакте с очагом. На конечной стадии кристаллизации магмы остаточные перегретые магматические расплавы и растворы, обогащенные летучими компонентами, по трещинам проникают в окружающие породы и дают начало пегматитовым, гидротермальным и пневматометовым процессам минералообразования. При застывании магмы на большой глубине при медленном падении температуры и давлении происходит полная раскристаллизация интрузивных (глубинных) магматических пород. Образуются гранит, габбро, диорит и др.

При прорыве магмы по трещинам к поверхности Земли, магма теряет часть летучих соединений, переходит в состояние лавы и при быстрой смене давления и температуры застывает на поверхности или вблизи её, образуя эффузивные (излившиеся) породы: базальты, диабазы, порфириты и др.

Формы залегания магматических пород (рисунок 1.8, 1.9). Интрузивные породы залегают в виде:

батолитов – огромных массивов площадью до нескольких сотен километров, залегающих глубоко от земной поверхности;

штоков – ответвлений от батолитов неправильной формы;

лакколитов – грибообразных форм, образовавшихся при внедрении магмы между слоями осадочных тощ;

жил – заполненных магмой трещин в земной коре и др.

Эффузивные горные породы залегают в виде:

куполов - сводообразных форм;

лавовых покровов – образовавшихся в результате растекания магмы на поверхности Земли;

потоков – вытянутых форм, возникших в результате излияния магмы из вулканов.

Рисунок 1.8 - Блок – диаграмма форм залегания магматических
тел (по М. Васичу). Подробнее о Некк, Силл, Лакколит, Батолит, Шток.

Видео 1.3 - В недрах Земли: https://youtu.be/y14cbt5VFiM

Видеофильм 40 мин. 45 сек.

Рисунок 1.9 - Формы залегания эффузий. А - покровы, Б - потоки, В - некки, Г - сомма, Д - конусы, на поверхности и в разрезах.

Трещиноватость магматических пород

При охлаждении магмы происходит уменьшение ее объема, что вызывает образование трещин в породе.

Этими трещинами масса породы разделяется на отдельности, т. е. на куски или глыбы разнообразной формы. В зависимости от системы расположения трещин наблюдаются плитообразная, параллелепипедная, глыбовая, многогранная, столбчатая и шарообразная отдельности.

Плитообразная отдельность образуется при наличии частых горизонтальных и весьма редких вертикальных трещин, что позволяет при разработке получать плиты породы крупных размеров.

В том случае, когда порода разбита частыми горизонтальными и вертикальными трещинами, отдельности имеют форму параллелепипеда.

При неправильной системе трещин получаются глыбовая или матрацевидная отдельности. Система трещин, пересекающих породу в нескольких определенных направлениях, приводит к образованию многогранной отдельности.

Трещины могут также разделять породу на многогранные столбы - столбчатые отдельности - или шарообразные глыбы - шарообразные отдельности.

Трещиноватость может быть:

а) Первичная трещиноватость отдельности образуется в процессе остывания и кристаллизации магмы. Наиболее часто встречаются трещиноватости – матрацевидная, столбчатая (базальты), шаровидная (диабазы). Трещины отдельности проявляются при выходе породы на поверхность, при выветривании или взрыве.

б) Вторичная трещиноватость проявляется в виде тектонических трещин в процессе горообразования и выражает направление стресса. Кроме того, к вторичным относят первичные и тектонические трещины, расширенные процессами выветривания.

В зависимости от системы расположения трещин их различают (рисунок 1.10).

Рисунок 1.10 – Система трещин и отдельностей изверженных горных пород: а – плитообразная; б – параллелепипедная; в – глыбовая или матрацевидная; г - столбчатая или шарообразная.

Трещиноватость пород повышает скорости выветривания пород, способствует более глубокому их проникновению, снижает декоративные и прочностные характеристики магматических пород и требует исследований свойств не только в отдельных образцах, но и в массиве.

Химический состав. В составе изверженных горных пород участвуют все известные химические элементы. Количество этих веществ в породах принято выражать в виде процентного содержания соответствующих окислов. Наибольшее распространение имеют:

SiO₂, A1₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, Na₂O, K₂O.

В сумме указанные окислы составляют около 98%, остальные 2% приходятся на другие, менее распространенные химические вещества.

По содержанию кремнезема (SiО₂) изверженные породы делят на четыре группы:

1. Ультракислые и кислые, SiO₂> 65% (граниты, кварцевые порфиры и др.).

2. Средние, SiO₂ 65–52% (сиениты, диориты, порфириты, трахиты и др.).

3. Основные SiO₂52–45% (габбро, базальты, диабазы и др.).

4. Ультраосновные, SiO2<45% (перидотиты, пироксениты и др.).

Таблица 1.3 - Классификации магматических пород

Группы пород	Минералогический состав	Интрузивные породы	Эффузивные породы
			Кайнотипные (молодые)	Палеотипные (древние)
Ультракислые и кислые SiO₂ > 65%	Палевые шпаты (ортоклаз), кварц	Пегматит	Липарит	Кварцевый порфир
	Полевые пшаты, кварц, слюда	Гранит
Средние SiO₂ = 52 - 65%	Полевые шпаты (ортоклаз, плагиоклазы), кварц, слюды, роговая обманка, биотит	Сиенит	Трахит	Ортоклазовый Порфир
	Полевые шпаты (плагиоклаз), роговая обманка, авгит, биотит	Диорит	Андезит	Порфирит
Основные SiО₂ = 45 - 52%	Полевые шпаты, авгит, биотит	Габбро	Базальт	Диабаз
	Лабрадор	Лабрадорит
Ультраосновные SiО₂, < 45%	Авгит	Пироксенит
	Оливин, авгит	Перидотит
	Оливин	Дунит
Вулканогенные	Стекло, преимущественно кислого состава		Обсидиан

Прочность и устойчивость пород к воздействию агентов выветривания, а также некоторые технические свойства пород, например, сцепление поверхности горных пород с вяжущими материалами, применяемыми при строительстве автомобильных дорог (цемент, битум, деготь и др.), тесно связаны с их химическим и минеральным составом.

Структура. Структурой принято называть строение породы, определяемое различным сочетанием, размерами и формой составляющих породу минералов. Тип структуры определяется генезисом горной породы. Различают следующие основные виды структуры: кристаллически-зернистую, скрытокристаллическую, порфировую, стекловатую.

Полнокристаллическая (Кристаллически-зернистая) структура (рисунок 1.11 а) характеризуется тем, что порода целиком состоит из кристаллических зерен различных минералов. По величине зерен породы кристаллически-зернистой структуры делят на: а) весьма крупнозернистые – с максимальным размером отдельных кристаллов 10 мм и более; б) крупнозернистые – с размером кристаллов 10–5 мм; в) среднезернистые – с размером кристаллов 5 – 1 мм; г) мелкозернистые – с размером кристаллов менее 1 мм. Кристаллически-зернистая структура присуща гранитам, сиенитам, диоритам и другим породам. В том случае, когда кристаллы минералов имеют удлиненную форму, структура носит название игольчатой.

Скрытокристаллическая структура (рисунок 1.11 б) характерна тем, что зерна минералов настолько малы, что отдельные кристаллы не видны даже в лупу. Эта структура присуща многим излившимся породам.

Порфировая структура (рисунок 1.11 в) характеризуется тем, что в некристаллизсванной или мелкозернистой основной массе выделяются редкие крупные кристаллы, называемые вкрапленниками. Такая структура наблюдается у порфиров, порфиритов и других пород. Если же вкрапленники имеются в мелко или среднезернистой массе, то такую структуру называют порфировидной.


гранит	диорит
а

диабаз	порфирит
б	в

обсидиан
г

Рисунок 1.11 – структура горных пород: а – полнокристаллическая, б – скрытокристаллическая, в – порфировая, г – стекловатая.

Породы со стекловатой структурой (рисунок 1.11 г) характеризуются отсутствием кристалличности у входящих в состав породы минералов. Обычно масса породы состоит из вулканического стекла, образовавшегося при быстром остывании магмы. Для пород с такой структурой характерен раковистый излом.

Сложение, или текстура, пород. Характер расположения зерен минералов в породе принято называть текстурой. Различают следующие виды текстуры: однородная, неоднородная, сланцеватая, пористая и др.

Однородная (массивная) текстура характеризуется беспорядочным, но равномерным расположением зерен минералов (гранит).

Неоднородная текстура характеризуется неравномерным расположением минералов (иногда гнездообразным).

Сланцеватая текстура – при такой текстуре входящие в горные породы зерна минералов располагаются параллельно между собой. Эта текстура свойственна главным образом метаморфическим породам.


дунит	базальт
а	б

Рисунок 1.12 – текстура горных пород: а – массивная (однородная), б – неоднородная.

Краткая инженерно-геологическая характеристика некоторых магматических пород.

Граниты представляют собой весьма прочные горные породы, состоящие главным образом из калиевого полевого шпата (40–60%), кварца (20–40%), слюды и реже роговой обманки (5–20%). В гранитах могут присутствовать в небольшом количестве второстепенные минералы – пирит, магнетит и др.

В зависимости от структуры граниты разделяют на мелко-, средне- и крупнозернистые. Некоторые разновидности гранитов имеют порфировидную структуру. К ним относится и весьма крупнозернистый гранит, получивший название рапакиви (по-фински – гнилой камень).

Он широко распространен в Карелии и был применен при строительстве многих сооружений Санкт-Петербурга. Физико-механические свойства гранитов:

цвет	серый, розовый, красный, с темными и светлыми оттенками
плотность	2,63-2,75 г/см³
объемная масса	2,55-2,70 г/см³
пористость	0,41-1,0 %
водопоглощение	0,15-0,5 %
предел прочности при сжатии	10⁸-25·10⁷ Па (чаще в пределах 12·10⁷-6·10⁷ Па)

Небольшая пористость и незначительное водопоглощение гранитов при значительном сцеплении входящих в их состав минеральных зерен обусловливают высокую стойкость гранитов против разрушающего действия природных агентов – колебаний температуры, атмосферного давления, влажности и пр.

Прочность и устойчивость против атмосферных влияний различных гранитов, как и других горных пород, зависят главным образом от их минерального состава и структуры. Мелко- и среднезернистые граниты обычно обладают большей прочностью и устойчивостью, чем крупнозернистые.

В связи с высокой прочностью, морозостойкостью и хорошей обрабатываемостью (колкостью) граниты получили широкое применение в строительстве зданий и сооружений, автомобильных дорог, мостов. Из них изготовляют различного рода штучные камни (брусчатку, шашку для мощения, бордюрные и облицовочные камни и пр.) и щебень.

Сиенит представляет собой сложную кристаллически-зернистую породу, состоящую из ортоклаза и темного минерала – роговой обманки, реже биотита. От гранита отличается отсутствием кварца.

По внешнему виду и физико-механическим свойствам сиениты близки к гранитам. В связи с отсутствием кварца они несколько мягче гранитов и легче поддаются обработке. В строительстве применяются для тех же целей, что и граниты.

Диорит является прочной кристаллической породой, состоящей из плагиоклаза (до 75%) и роговой обманки. В небольших количествах в составе диоритов могут быть авгит, слюда и др. Кварц в диоритах отсутствует.

Диориты имеют светло-серую, серую или темно-серую либо зеленоватую окраску, обусловливаемую их минеральным составом. Так же, как и граниты, диориты могут быть мелко-, средне- и крупнозернистые. Физико-механические свойства диоритов следующие:

плотность	2,85-3,20 г/см³
объемная масса	2,8-3,0 г/см³
пористость	0,25-1,25 %
водопоглощение	0,10-0,50 %
предел прочности при сжатии	15·10⁷-275·10⁶ Па (чаще в пределах 2·10⁸-25·10⁷ Па)

Мелко- и среднезернистые разности диоритов обладают большой морозостойкостью, в связи с чем являются ценными материалами для изготовления штучного камня и щебня.

Габбpо состоит из двух главных породообразующих минералов – основного плагиоклаза (около 50%) и авгита, реже роговой обманки и характеризуется яснокристаллической структурой. Кроме того, в породе могут содержаться биотит и оливин, а также магнетит и др. Плагиоклаз, входящий в состав габбро, а также большинство других его минералов имеют темный цвет, поэтому габбро имеет почти черную или темно-зеленую окраску.

По своим физико-механическим свойствам габбро мало отличается от диорита.

Диабаз представляет собой мелкокристаллическую породу, состоящую главным образом из плагиоклаза и авгита.

Иногда в нем могут содержаться оливин, роговая обманка и другие минералы.

Диабазы обладают характерной диабазовой структурой, выражающейся наличием продолговатых кристаллов плагиоклаза, между которыми располагаются неправильные зерна авгита. Цвет породы темно-серый, иногда с зеленоватым оттенком. Физико-механические свойства диабазов следующие:

плотность	2,90-3,10 г/см³
объемная масса	2,85-3,05 г/см³
пористость	0,50-0,80 %
водопоглощение	0,10-0,40 %
предел прочности при сжатии	2·10⁸-3·10⁸ Па (иногда достигает 4·10⁸ Па)

Диабазы отличаются большой морозостойкостью, способностью хорошо колоться и обрабатываться.

Базальты представляют собой плотную, а иногда пористую скрытокристаллическую или мелкокристаллическую горную породу, состоящую из плагиоклаза и авгита, иногда – оливина. Цвет базальтов – темно-серый до черного, иногда с зеленоватым оттенком. По физико-механическим свойствам плотные базальты близки к диабазам. Пористые разновидности их, образующиеся в верхней части лавового потока, обладают меньшей объемной массой и прочностью. Базальты, если в их составе мало вулканического стекла, являются морозостойкой породой.

Для базальтов характерны столбчатая, шарообразная, многогранная и другие отдельности, что во многом определяет применение их для изготовления той или иной каменной продукции. Базальты со столбчатой отдельностью используются главным образом для изготовления мелкого штучного камня (брусчатка, шашка для мозаики), базальты с шарообразной отдельностью – только для щебня.

Порфиры, порфириты и трахиты являются излившимися аналогами гранитов, диоритов и сиенитов, т. е. они имеют одинаковый или близкий к ним минеральный состав. Кварцевые порфиры имеют тот же состав, что и граниты; порфириты имеют состав, близкий к составу диоритов, а бескварцевые порфиры и трахиты по составу приближаются к сиенитам.

Отличительной особенностью этих пород является их порфировая структура, характеризующаяся тем, что на плотном или весьма мелкозернистом фоне основной массы выделяются крупные кристаллы одного какого-либо минерала – кварца, полевого шпата, авгита, роговой обманки или слюды.

Кварцевые порфиры по цвету и физико-механическим свойствам приближаются к гранитам. Следует отметить, что разновидности кварцевых порфиров со стекловатой основной массой обладают большой хрупкостью и могут разрушаться от действия мороза. Порфириты имеют темно-серый или серо-зеленоватый цвет, массивное или пористое сложение. Иногда в их массе содержится примесь вулканического стекла. Массивные - не содержащие стекла, разновидности этой породы обладают высокой прочностью и морозостойкостью, в связи с чем применяются в качестве облицовочного материала.

Бескварцевые порфиры и трахиты обычно имеют светлую окраску – серую, желтую, красноватую. Сложение этих пород пористое. Они характеризуются меньшей морозостойкостью по сравнению с массивными или плотными излившимися породами. Особенно низкую морозостойкость имеют разновидности, содержащие примесь вулканического стекла.

Минералогический состав

Полевые пшаты, кварц, слюда

Минералогический
состав