Физические свойства горных пород

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

ФГАОУ ВО «Северо-Восточный Федеральный университет

Им. М.К. Аммосова»

Геологоразведочный факультет

Кафедра «Недропользования»

Реферат

По дисциплине: «Особенности бурения в мерзлоте»

На тему: «Физические свойства горных пород»

Выполнил:

Алексеев Н.И.

Проверил:

Скрябин Р.М.

Якутск, 2020

Оглавление

Введение

1. Классификация физических свойств

2. Физические свойства

3. Применение физических свойств горных пород

Заключение

Введение

Наблюдая и выявляя опытным путём те или иные физические свойства первейших камней, будь то небывалая острота (обсидиановое стекло), практичное использование (кремень, корунд) или первые металлические руды (бронза и железо). Человек научился пользоваться различного вида свойствами полезных ископаемых в требующих строго определённых свойств, отраслей деятельности и быта человека. К примеру: Орудия труда; Металлургия; Медицина и Химия; и др.

Выверенные наукой и использованные промышленностью физические свойства горных пород характеризируемые в виде качественной определенности, проявляющуюся в их плотности, влажности, пористости, трещиноватости и выветрелости в условиях естественного залегания. Данные об этих свойствах позволяют качественно оценивать прочность и устойчивость горных пород, что впоследствии определяет их возможность/варианты использования в быту человека.

1. Классификация физических свойств

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, горно-технологические, тепловые, электромагнитные, радиационные.

Физические свойства горных пород имеют большое практическое значение (радиоактивность, люминесценция, магнитностью, твёрдость, оптические свойства и др.) и очень важны для их диагностики.

Они зависят от химического состава и типа кристаллической структуры.

Например, радиоактивные свойства минералов зависят от химического состава - наличие радиоактивных элементов, спайность минералов зависит от особенностей их кристаллической структуры, плотность - от химического состава и от типа кристаллической структуры.

Физические свойства могут представлять скалярную величину (независимы от направления), например плотность, или быть векторными (зависящими от направления), например твёрдость, спайность, оптические свойства. горный порода радиоактивный буримость

Плотности минералов (в г/см3) колеблются от величин, примерно равных единицы, до 23.0. Подавляющая масса минералов имеет плотность от 2.5 до 3.5, что обуславливает плотность земной коры, равную примерно 2.7 - 2.8.

Минералы по плотности условно можно разделить на три группы: лёгкие (плотность до 3.0), средние (плотность от 3.0 до 4) и тяжёлые (плотность более 4).

2. Физические свойства

Горная порода образуется в определенных геологических условиях, что отражается на форме ее залегания и внешних физических признаках: цвете, минералогическим составе, строении, физическом состоянии и т. д.

Окраска породы определяется цветом породообразующих минералов или различными примесями. Выделяют светлые породы (белые, светло-серые и др.) и тёмно-окрашенные (черные, серые и др.).

Минералогический состав пород являются одним из факторов, определяющих свойства пород. Породы бывают мономинеральными (например, известняк состоит из одного минерала - кальцита) и полиминеральными (гранит - из кварца, полевых шпатов, слюды). Тип горной породы определяют главные породообразующие минералы, которые входят в качестве постоянных, существенных компонентов в состав породы, каждый их которых составляет более 5%, а сумме около 95%. Второстепенные минералы слагают около 5% породы. Среди минералов выделяются первичные, образовавшиеся в процессе формирования горной породы, и вторичные - в результате замещения первичных минералов (например, замещение калиевого полевого шпата - каолинитом). Количество вторичных минералов служит показателем степени выветренности пород, что влияет на изменение ее физико-механических свойств.

Под строением горной породы понимается структура и текстура.

Структура (с лат. Структура - строение) - характеризует внутреннее строение породы и определяется размером, формой и количественным соотношением отдельных минеральных частиц (зерен) или их агрегатов.

Текстура (от лат. Текстура - ткань, сплетение) - отражает внешний облик породы, обусловлена пространственным размещением минеральных частиц или агрегатов в породе и монолитностью - степенью сплошности породы.

Строение породы отражает условия ее формирования, определяет ее свойства и особенности и влияет прежде всего на неоднородность ее, которая обуславливает анизотропность водопроницаемости, сжимаемости, сопротивлению сдвигу, обуславливающих поведение пород при возведении сооружений и устойчивости их.

По физическому состоянию выделяют рыхлые породы (например, песок) и плотные (гранит, известняк).

Горные породы - это сложные природные агрегаты, состав, строение и состояние которых существенно влияют на их физико-механические свойства.

Основными факторами являются:

- минералогический состав;

- зернистость (изменения в размерах зерен, преобладающие фракции в мм);

- форма зерен (изометрическая, игольчатая, таблитчатая и т. д.);

- тип цемента (базальный, контактовый и др.);

- примеси, включения, конкреции;

- текстура;

- пористость;

- трещиноватость (особенно в массиве).

По происхождению (генезису) горные породы делятся на магматические, осадочные и метаморфические, что отражается на их внешних признаках.

Физические свойства характеризуют физическое состояние горных пород, т.е. качественную определенность, проявляющуюся в их плотности, влажности, пористости, трещиноватости и выветрелости в условиях естественного залегания. Данные об этих свойствах позволяют качественно оценивать прочность и устойчивость горных пород.

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.

Физические свойства горных пород имеют большое практическое значение (радиоактивность, люминесценция, магнитностью, твёрдость, оптические свойства и др.) и очень важны для их диагностики.

Они зависят от химического состава и типа кристаллической структуры. Например, радиоактивные свойства минералов зависят от химического состава - наличие радиоактивных элементов, спайность минералов зависит от особенностей их кристаллической структуры, плотность - от химического состава и от типа кристаллической структуры.

Физические свойства могут представлять скалярную величину (независимы от направления), например плотность, или быть векторными (зависящими от направления), например твёрдость, спайность, оптические свойства.

3. Применение физических свойств горных пород

Благодаря множественным исследованиям и последующим открытиям свойств горных пород при тех или иных внешних условиях, были открыты возможности применения в быту человека и в промышленности. К примеру отменные теплоизоляционные свойства базальта с асбестом, возможности преломления и поляризации света в оптических приборах (в качестве примера первый в истории «солнечный камень» мореходов - Исландский шпат), доступный и долговечный по сравнению с древесиной строительный материал гипс в купе с глиной, песком и известью - цемент, и так далее.

Всё новые и новые технологии проявляются в следствии физических свойств тех или иных составляющих горных пород под бдительными исследованиями учёных. Но всё это заслуга отдельно взятых частичек слагающих горную породу.

Горные породы имеют повсеместное использование. Они являются основным источником большинства ресурсов: топлива, строительных материалов, металлов, химического, технического сырья и т. д.

Кроме того, сами породы применяются во многих сферах:

· Строительной: габбро, базальты, диабазы, андезиты, граниты, порфиры, липариты, обсидиан, пемза, перлит, туфы, а также большинство осадочных и метаморфических пород;

· Химической: базальты, андезиты, пемза, перлит; приборостроении: базальты, пемза, перлит.

Как было отмечено выше, многие породы являются рудами или содержат их:

· Габбро: железо, титан, ванадий, никель, медь, сера;

· Пироксениты: железо, платина;

· Перидотиты: железо, платина;

· Дуниты: платина;

· Пегматиты: золото, олово и др.

К тому же некоторые элементы и сырье имеют осадочное происхождение (медь, золото и т. д.) метаморфические породы также могут содержать ценное сырье (уголь, битумы и др.). Существует классификация пород в качестве объектов разработок. Она подразумевает их подразделение на: скальные, мягкие, плотные, разрушенные, полускальные, сыпучие, обладающие горно-технологическими параметрами. Данные свойства представляют совокупность физических и горно-технологических параметров пород, обуславливающих их поведение при разработке месторождений. Это комплексные показатели, которые применяют для нормирования труда, расчета производительности агрегатов и т. д.

Они включают абразивность, твердость, крепость, буримость, взрываемость. Кроме того, существуют более детальные классификации, основанные на каком-либо конкретном горно-технологическом свойстве. Так, классификация по прочности, применяемая в строительной сфере, подразумевает подразделение пород на прочные, средней и низкой прочности.

По плотности породы дифференцируют на легкие и тяжелые. Также существуют и прочие специфические строительные классификации, например, по степени истираемости и др.

Физико-технические характеристики пород обуславливают метод разработки их месторождений и служат источником данных для инженерной геологии и разведочной геофизики. Наконец, законы изменения данных параметров пород под влиянием внешних факторов применяют для создания технологий их переработки

Вот краткая таблица по применению горных пород:

Табл. №1 - Применение горных пород.

Заключение

Горные породы, являясь основными компонентами земной коры, представляют большой научный интерес как сами по себе, так и в качестве материала планеты и источника ресурсов. Так, их исследование позволяет определить свойства твердой оболочки Земли, ее строение, установить геологическую историю.

К тому же породы весьма практически значимы, так как являются основным источником большинства используемых человечеством ресурсов. Наука открыла многие тайны камней и до сих пор многие учёные мира продолжают открывать всё новые и новые свойства крохотных частичек нашего огромного дома по имени Земля.

Размещено на Allbest.ru