Геологія з основами геоморфології

Слюди - група алюмосилікатів із листуватою структурою кристалічної решітки. В хімічному відношенні вони характеризуються присутністю гідроксильної групи (ОН). Широко розповсюдженими мінералами цієї групи є біотит, мусковіт, а також ряд глинистих мінералів.

Біотит - К(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH)2 - гідроксилалюмосилікат калію, магнію, заліза. Назва дана в честь французького фізика Ж. Біота. Характерний для магматичних і метаморфічних порід, які мають великий уміст польових шпатів. Зустрічається у вигляді листуватих мас, лускуватих агрегатів і розсіяних лусочок. Колір коричневий, зелений, чорний. Блиск сильний скляний до перламутрового. Тонкі пластинки напівпрозорі, або просвічують. Характерна дуже досконала спайність в одному напрямку. Твердість 2,5-3,0. Щільність 2,8-3,2 г/см3. Зустрічається в різних місцях Українського кристалічного щита і в Закарпатті.

Мусковіт K2Al4(Si6Al2O20)(OH,F)4 - гідроксилалюмосилікат калію. Назва дана за побутовою назвою "московське скло". Характерний для кислих магматичних порід - гранітів і пегматитів. Зустрічається у вигляді листочків і лусок, іноді утворює великі (до двох м2) блоки й плити з добре вираженою спайністю. Мінерал безколірний зі слабим жовтим або зеленим відтінками, прозорий. Блиск сильний скляний і перламутровий. Спайнісгь дуже досконала в одному напрямку. Твердість 2,5-3,0. Щільність 2,7-2,8 г/см3. Великі родовища відомі в Індії, США, Росії. В Україні зустрічається з значних кількостях у приазовському та волинському районах Українського кристалічного щита.

Мінерали глин - дуже дрібні слюди, котрі утворюються на поверхні землі в процесі вивітрювання алюмосилікатних мінералів із різних гірських порід. Кожен глинистий мінерал є кристалічним тілом розміром менше 1 мк, яке добре розпізнається лише під електронним мікроскопом. Більшість із них мають рухливу пластинчасто-листову кристалічну решітку і, як наслідок, високу поверхневу енергію. Це обумовлює активну взаємодію мінералів із водою, яка може поглинатись або віддаватись міжлистовими проміжкам. Мінерали при цьому відповідно збільшуються або зменшуються в об'ємі; стають пластичними при змочуванні і крихкими - при висиханні. Глинисті мінерали є важливою складовою частиною багатьох порід осадового походження - глин, суглинків, супісків. Найбільш розповсюдженими мінералами глин с каолініт, монтморилоніт, гідрослюди, хлорит, глауконіт.

Каолініт - Аl4[Si4O10](ОН)3 - гідроксилсилікат алюмінію. Назва дана за породою "каолін" - від хребта Каолінг (Китай). Розповсюджений у вигляді землистих крихких мас - каолінових глин (зокрема, на поверхні Українського кристалічного щита, в Житомирській та Рівненській областях). Колір - білий з різними відтінками. Блиск матовий до перламутрового. Твердість 2,0-2,5. Щільність 2,6 г/см3. З водою утворює пластичне тісто, набухаючи слабо Застосовується для виготовлення фарфору і вогнетривкої цегли, як відбілювач паперу й тканин.

Монтморилоніт - Na0,7Al3,3Mg0,7Si8O20(OH)4·nH2O - водний алюмосилікат натрію, магнію. Назва дана за місцем першої знахідки в Монтморийоне (Франція). Основний мінерал бентонітових глин, які утворюються при вивітрюванні вулканічних попелу та туфів. Зустрічається у вигляді тонкозерниспіх агрегатів і щільних землистих мас. Колір білий, жовтий, зелений. Блиск матовий. Твердість 1-2. Щільність 2,0-3,0 г/см3. За рахунок поглинання (адсорбції) води здатний збільшуватись в об'ємі в 20 разів. При зневоднюванні об'єм мінералу різко зменшується. Застосовується при очищенні нафти, в бурових розчинах, для виготовлення фарб і паперу. Родовища розробляються в Криму, на Черкащині та в Закарпатті.

Оксиди та гідроксиди. До цього класу відносяться мінерали, які є сполуками різних елементів із киснем, або гідроксильною групою (ОН): кварц -SіО2, гематит - Fe2O3, магнетит - Fe3O4, корунд - Аl2O3, опал - SiО2·2Н20, лімоніт - FеОН·nН20, лід - nН2О та ін. Їх загальний ваговий вміст в земній корі складає 17%, із них на долю кварцу припадає 12,6%.

Кварц - Sі02 - оксид кремнію. Назва походить від німецького "кварцхофтсрц" - руда сікучих жил. Служить головним мінералом багатьох гірських порід. В породах зустрічається у вигляді зерен неправильної форми, а в жилах і підземних пустотах - у вигляді окремих кристалів та зростків. Кристали кварцу мають форму шестикутних в перетині призм, увінчаних ромбоедрами й пірамідами. На гранях призм спостерігається характерна поперечна штриховка. За кольором виділяють кілька різновидів кварцу, які мають окремі назви: гірський кришталь - прозорий і безбарвний, аметист - фіолетовий, моріон - чорний, цитрин - лимонно-жовтий. Через включення, які створюють строкате забарвлення, виділяють: авантюрин - із золотистим полиском, завдяки шматочкам слюди, котяче око - зеленуватий мінерал із шовковистим полиском, завдяки включенням азбесту, тигрове око, соколине око та ін. Блиск кварцу на гранях скляний, на зламі - жирний. Спайність відсутня. Злам раковистий. Твердість 7,0. Щільність 2,6 г/см3. Окремі прозорі оптично анізотропні кристали кварцу проявляють цінні п'єзоелектричні властивості (здатні породжувати електричний струм при ударі, і навпаки, змінювати об'єм під дією струму).

Щільні натічні агрегати кварцу прихованокристалічної будови носять назву халцедон. Різновид халцедону з яскравим смугастим забарвленням називається агат, а халцедон, забруднений глинистими частками - кремінь. Червоний смугастий халцедон відомий під назвою яшма. Застосування кварцу надзвичайно широке. Кварцовий пісок служить сировиною для виготовлення скла, силікатної цегли, абразивних матеріалів. П'єзоелектричний кварц використовують в електротехніці, електроніці, у кварцових годинниках, телефонній апаратурі. Красиві кольорові і прозорі різновиди кварцу є напівдорогоцінними каменями. Значні родовища кварцу е в пегматитах Володарськ-Волинського району Житомирської області. Тут же знайдений кристал кварцу вагою 10 т і довжиною 2,7 м.

Опал - SіО2·nН2О - гідроксид кремнію, аморфний твердий гідрогель Назва походить від санскритського "упала" - дорогоцінний камінь. Опал - головний компонент ряду осадових порід хімічного й біогенного походження: діатомітів, трепелів, опок, радіоляритів. Утворює натічні, шаруваті, пористі, землисті агрегати. Колір молочно-білий, вогняний. Благородний опал - прозорий, із голубим полиском. Блиск скляний, восковий. Спайність відсутня. Злам раковистий. Твердість - 5,0-6,0. Питома, вага 1,9-2,5 г/см3 Опал використовується в цементній промисловості, для полірування металів, як термоізолятор. Зустрічається в багатьох місцях Українського кристалічного щита і в Закарпатті.

Лід - Н2О - оксид водню. Складає однойменну мономінеральну гірську породу, а також у великій кількості вводить до складу мерзлих ґрунтів. Утворює такі агрегатні форми: дендрити (морозні малюнки на шибках), зернисті маси - сніг, фірн, натічні форми - бурульки, сталактити, нальоди, концентрично-кулясті форми - град. Кристали льоду за формою призматичні, пластинчасті, голчасті, зірковидні. За кольором лід безбарвний, білий, голубуватий. Лід без включень і деформацій прозорий. Блиск скляний. Твердість - 1,5. Щільність при 0°С - 0,91 г/см3, тобто майже на 10% менший від води. Лід широко використовується у побуті й техніці.

Лімоніт (бурий залізняк) - FеОН·nН2О - прихованокристалічний мінеральний агрегат гідрооксидів заліза. Назва походить від грецького "леймон" - луг (за його розповсюдженням у болотистих місцевостях). Розповсюджений також у місцях окислення залізних руд. Зустрічається у вигляді розсипчастих, ніздрюватих, землистих мас та щільних натічних форм на поверхні землі, або у вигляді охристих домішок в осадових породах. Колір лімоніту змінюється від охристо-жовтого в розсипчастих землистих масах до бурого й чорного в щільних різновидах. Риса, відповідно, жовта або бура. Блиск матовий, непрозорий, спайність відсутня. Твердість змінюється від 1 до 5 залежно від кількості молекул води. Щільність 2,7-4,3 г/см3. Лімоніт використовується як бідна руда на залізо та для виробництва фарб. Великі родовища відомі в Люксембурзі, на Кубі та в районі Керчі (Україна).

Карбонати - солі вугільної кислоти. Мінерали цього класу складають біля 1,7% маси земної кори. Карбонати породоутворюючі мінерали багатьох порід осадового та метаморфічного походження. Серед них найбільш відомі кальцит -СаСО3, доломіт - СаMg(СО3)2, магнезит - MgСО3, сидерит - FeСО3, малахіт - Сu2(OH)2СО3. Всі карбонати мають здатність вступати в реакцію із соляною кислотою, при цьому відбувається виділення бульбашок вуглекислого газу (СО2), що створює враження "закипання" мінералу.

Кальцит - СаСО3 - карбонат кальцію. Назва дана від грецького "кальц" -палене вапно. Кальцит майже цілком складає такі породи як крейда, вапняк, мармур. Зустрічається у вигляді зернистих, землистих мас, дає натічні форми й кірки, тоді утворює окремі кристали і друзи. Кристали кальциту представлені переважно ромбоедрами. Кальцит може бути безколірним або білим із різними відтінками за рахунок домішок. Прозорий різновид цього мінералу називається "ісландський шпат". Він має здатність до подвійного заломлення променів. Риса у кальциту біла. Блиск скляний. Спайність досконала в трьох напрямках. Твердість 3,0. Щільність 2,6-2,8 г/см3. Кальцит бурхливо реагує навіть із слабким розчином холодної соляної кислоти. Застосування кальциту саме широке. Він використовується як флюс при виплавці металів. Він є також сировиною для виробництва цементу, вапна, соди, скла, паперу. Ісландський шпат застосовується в оптиці. Поклади ісландського шпату є в районі Кара-Дагу (Крим).

Магнезит - MgСО3 - карбонат магнію. Назва дана за областю Магнезія в Греції. Зустрічається серед уміщуючих магній карбонатних порід - мармурів, доломітів, серпентинітів, змінених гідротермальними процесами. Утворює зернисті, пластинчасті, фарфороподібні агрегати, а також окремі кристали ромбоедричної форми. Колір білий, сірий, жовтуватий. Блиск скляний. Магнезит буває прозорим і напівпрозорим. Спайність досконала в трьох напрямках. Твердість 3,5-4.5. Щільність 3,0 г/см3. Магнезит вступає в реакцію лише з підігрітою соляною кислотою. Магнезит використовується для виготовлення термостійких будівельних матеріалів, зокрема, магнезитової цегли й цементу. Значні родовища відомі в Росії, Чехії, Австрії та Китаї.

Сульфіди - солі сірководневої кислоти. Мінерали цього класу складають не більше 0,15% маси земної кори. Головними представниками класу сульфідів служать пірит - FeS2, халькопірит - СuFeS2, галеніт - РbS, сфалерит - ZnS, кіновар - HgS.

Пірит (сірчаний колчедан) - FeS2 - сульфід заліза. Назва мінералу походить Від грецького "пір" - вогонь (за те, що при ударі по ньому стальним предметом виникають іскри). Пірит - головний компонент колчеданових руд, а також розповсюджений акцесорний мінерал багатьох порід магматичного, осадового і гідротермального походження. В рудах він зустрічається у вигляді щільних зернистих агрегатів та конкрецій, в інших породах - у вигляді окремих зерен та кубічних кристалів із тонкою паралельною штриховкою на гранях. Колір піриту солом'яно-жовтий, латунно-жовтий або золотистий. Риса чорна або зеленувато-чорна. Блиск сильний металічний. Непрозорий, спайність недосконала. Злам нерівний. Твердість 6,0-6,5. Щільність біля 5,0 г/см3. Пірит служить сировиною для виробництва сірчаної кислоти. Породи, котрі вміщують пірит, не придатні для будівництва тому, що пірит, окислюючись, легко переходить в лімоніт, що призводить до руйнування будівельних матеріалів і забарвлення їх оксидами заліза. В Україні сірчаний колчедан поширений у Донецькому басейні, у Східних Карпатах та в ряді місць Українського кристалічного щита.

Сульфати - солі сірчаної кислоти. Поширені лише в осадовому шарі земної кори і складають до 0,1% її загальної маси. Найбільш розповсюдженими представниками цього класу с ангідрит - СаSO4, гіпс - СаSO4·nH2O, мірабіліт -Nа2(SO4)·10H2O. Вони складають однойменні мономінеральні осадові породи хімічного походження.

Ангідрит - СаSO4, - сульфат кальцію. Назва походить від грецького "ангідрос" - безводний. Ангідрит є основним компонентом евапоритів - покладів мінеральних солей, які в ряді прогинів (Дніпровсько-Донецькому, Прип'ятському, Передкарпатському та ін.) досягають значної (до 1000 м) потужності. Зустрічається у вигляді суцільних масивних зернистих агрегатів. Добре виражені кристали зустрічаються рідко. Ангідрит буває переважно безколірним або білим, іноді сірувато-блакитним. Чисті від домішок його різновиди прозорі й напівпрозорі. Блиск скляний. Твердість 3,0-3,5. Щільність 3,0 г/см3. При взаємодії з водою ангідрит переходить у гіпс, збільшуючись в об'ємі до 30%, що необхідно врахувати при будівництві. Застосовується при виробництві цементу і як оздоблювальний камінь. Великі запаси ангідриту відкриті в Артемівській улоговині Донбасу і в соляних родовищах Закарпаття.

Гіпс - СаSO4·nH2O - водний сульфат кальцію. Назва походить від грецького "гіпсос" - гіпс (штукатурний камінь). Як і ангідрит, входить до складу евапоритів. Зустрічається у вигляді добре виражених таблитчастих кристалів, а також у вигляді листуватих, зернистих і волокнистих агрегатів. Дрібнозернистий різновид гіпсу називається алебастр, волокнистий - селеніт. Таблитчасті кристали гіпсу часто зрощуються у двійники, які за формою нагадують хвіст ластівки. За кольором гіпс буває білим, медово-жовтим, чорним. Чисті його різновиди прозорі й напівпрозорі. Блиск скляний. Спайність дуже досконала. Твердість 2,0. Щільність 2,3 г/см3. Використовується гіпс для виготовлення штукатурних розчинів, портланд-цементу, як мінеральне добриво, як флюс при виробництві скла, в медицині, в архітектурі. На глибині понад 150 м під дією тиску покриваючих порід зневоднюється і переходить в ангідрит, зменшуючись при цьому в об'ємі. Значні поклади гіпсу є в Артемівській улоговині Донбасу, у Придністров'ї, у Львівській та Івано-Франківській областях.

Галоїди - солі галоїдних кислот. Мінерали цього класу - галіт - NаСІ, сильвін - KCl, флюорит - СаF2, карналіт - KMgCl3·6H2O виникають осадовим і гідротермальним способами в результаті випадання з пересичених солями водних розчинів. Більшість із них розчинні у воді і поширені виключно в осадовому шарі земної кори, складаючи не більше 0,1% її маси.

Галіт - NаСІ - хлорид натрію. Назва походить від грецького "гальс" - сіль. Мінерал евапоритів, серед яких утворює потужні шари мономінеральної породи, т.з. кам'яної солі. Зустрічається переважно у вигляді кристалічних агрегатів і лише в окремих випадках у вигляді кристалів кубічної форми. Чистий галіт прозорий, водянистий або білий, але завдяки домішкам може мати кольорове забарвлення світлих тонів. Риса біла. Блиск скляний. Спайність досконала в трьох напрямках. Твердість 2. Щільність 2,1-2,2 г/см3. Галіт має характерний солоний смак. Галіт є джерелом натрію й хлору. Використовується в складі мінеральних добрив, а також як засіб для чинення шкір, приготування їжі. Значні родовища галіту в Україні є у Слов'янсько-Артемівському на Донбасі, а також у Закарпатті (Солотвино).

Фосфати - солі ортофосфорної кислоти, досить чисельні і різноманітні за складом, хоча вміст їх у земній корі складає не більше 0,1% всієї її маси. Серед мінералів цього класу виділяються: безводні, найважливіший їх представник -апатит Са5[Р04]3(ОН,F,С1) і водні, які вміщують гідроксидну групу (ОН), - бірюза СuАl6[(OH)2РО4]·4Н2О та ін. Фосфати відіграють важливу роль у родючості ґрунтів, хоча складають менше 0,05% загальної їх маси.

Апатит - Са5[Р04]3(ОН,F,С1)- хлор-фтор-гідроксилортофосфат кальцію. Назва походить від грецького "апатао" - обманюю (за його подібність до смарагду). Розповсюджений акцесорний мінерал усіх гірських порід. Виступає як породоутворюючий мінерал нефелінових сієнітів магматичного походження й фосфоритів осадового походження. Різновид апатиту - даліт, служить головним мінеральним компонентом кісток і зубів хребетних. Апатит, як правило, зустрічається у вигляді дрібнокристалічних агрегатів, рідше - у вигляді окремих кристалів, які мають форму шестигранних призм, увінчаних зрізаними пірамідами. Колір переважно блідо-зелений, або смарагдовий з різними відтінками. Риса біла. Спайність недосконала. Злам нерівний. Блиск на гранях скляний, на зламі жирний. Твердість 5,0. Щільність 3,3-3,2 г/см3. Апатит нефелінових сієнітів та фосфоритів використовується як сировина для отримання фосфору і фосфорних добрив. Родовища апатиту є в Хібінах (на Кольському півострові, Росія) та в інших районах. Відомі знахідки на півночі Житомирської області в Україні.

Самородні елементи - клас мінералів, хімічний склад яких відповідає окремим хімічним елементам. Серед самородних елементів (близько 80 мінералів) виділяють самородні метали - золото, срібло, мідь, платина, залізо та інші мінерали: графіт, алмаз, сірка. Хімічно інертні самородні метали, такі, як золото, срібло, платина називаються благородними. Самородні елементи зустрічаються в природі досить рідко, складають не більше 0,05 % маси земної кори, але більшість із них має велике практичне значення.

Золото - Аu - від латинського - "аурум" - сяючий. Самородне золото є природним сплавом із сріблом (при вмісті більше 20% називається електрум). Зустрічається в породах самого різного походження, але найчастіше його добувають із золотоносних річкових пісків з вмістом Аu від десятків мг/м3 до кг/м3, а також із гідротермальних сульфідно-кварцових жил з вмістом золота від 1-2 г/т до 1000 г/т. Розповсюджене золото у вигляді пилинок, зерен, лусок, листочків, дендритів, губчастих агрегатів, дуже рідко - у вигляді "самородків" -шматків (найбільший самородок золота, так звана Плита Холтермана, вагою 285 кг знайдено в Австралії). Колір золота яскраво - жовтий в чистому вигляді, сріблясто-білий до оранжевого - в різновидах із домішками. Блиск сильний металічний. Твердість 2-3. Для золота, характерна ковкість і висока щільність 15,6-18,3 г/см3. Як і всі благородні метали, золото не реагує з концентрованими кислотами (за винятком "царської водки").

Завдяки своїй високій хімічній інертності, електропровідності, ковкості та цінним декоративним властивостям золото широко застосовується в медицині, радіоелектроніці, ювелірній справі, при виробництві грошових знаків. З монет і злитків золота формується золотий запас кожній країни. В Україні золото знайдено на території Донбасу та в Закарпатті.

Сірка - S (від латинського "сульфур"). Розповсюджена в осадових породах в асоціації з гіпсом і карбонатами, а також у вулканічних фумаролах (газах, що виділяються при виверженні вулканів). Зустрічається у вигляді масивних агрегатів, землистих порошкоподібних мас, натічних форм, рідко - у вигляді зрізаних пірамід, які зрослися основами. Колір сірки жовтий. Риса світло-жовта. Блиск на зламі смолистий, жирний, на гранях - алмазний. Спайність недосконала. Злам раковистий, землистий. Твердість від 1,5 до 2,5. Щільність 1-2 г/см3. Сірка просвічує, при терті електризується, легко плавиться і горить синім полум'ям, виділяючи сірчистий газ з характерним різким запахом. Сірка використовується для виробництва сірчаної і сірчистої кислот, при виробництві фарб, для боротьби із шкідниками сільськогосподарських рослин. Родовища сірки відомі в Україні (Роздольське), в Росії, Італії та Японії.

Графіт - С - вуглець. Назва походить від грецького "графо" - пишу (указує на його використання при письмі). Розповсюджений в метаморфічних породах - кристалічних сланцях і гнейсах. Зустрічається у вигляді лускуватих мас та приховано-кристалічних агрегатів. Рідко утворює дрібні таблитчасті шестигранні кристали. Атоми вуглецю у графіті упаковані нещільно і лежать у вигляді листків. Значні проміжки між листками атомів зумовлюють дуже досконалу спайність в одному напрямку. Колір чорний до тьмяно-землистого. Графіт непрозорий, жирний на дотик, маже руки. Твердість 1. Щільність 2,2 г/см3. Завдяки дуже низькому коефіцієнту тертя, низькій теплопровідності, високій електропровідності, графіт знайшов саме широке застосування: у вогнетривких матеріалах, в ливарній справі, як змащувальний матеріал, для виготовлення антифрикційних виробів, блоків і деталей атомних реакторів, сопел ракет. Зустрічається графіт в кристалічних сланцях і гнейсах Єнісею, в Східних Саянах та в інших родовищах. В Україні графіт поширений у родовищах Українського кристалічного щита (Завальське, Старокримське та ін).

1.2 Основи петрографії

Діагностичні ознаки та класифікація гірських порід

Фізичні властивості гірських порід

Мінерали як самостійні геологічні утворення зустрічаються в земній корі порівняно рідко. Частіше вони об'єднуються у закономірні сполуки, які називають гірськими породами. Гірські породи - це природні мінеральні агрегати, що утворюються внаслідок різноманітних геологічних процесів і залягають у земній корі у вигляді самостійних тіл. Вивченням гірських порід займається окрема галузь геологічної науки - петрографія (від грецьк. - "камінь" та "описувати"). Як і мінерали, гірські породи характеризуються певними фізичними властивостями, які одночасно є діагностичними ознаками при визначенні тієї чи іншої породи. Серед фізичних властивостей гірських порід найважливішими є: мінералогічний склад, структура й текстура.

Мінералогічний склад визначається набором мінералів, із яких складається порода. При цьому слід розрізняти мінерали, які є обов'язковими для даної породи (їх називають породоутворюючими), і мінерали, присутність чи відсутність яких істотно не впливає на особливості породи (так звані другорядні або акцесорні мінерали). Наприклад, породоутворюючими мінералами для граніту виступають кварц, польовий шпат та слюда. Відсутність будь-якого з цих мінералів змінює саму породу (безкварцевий граніт називають сієнітом тощо). В той самий час у граніті часто зустрічаються акцесорні мінерали (рогова обманка та ін.), наявність яких зовсім не обов'язкова.

Серед численних гірських порід виділяються утворення мономінеральні, що складаються переважно з одного мінералу (мармур - з кальциту, бурий залізняк - з лімоніту, кам'яна сіль - із галіту тощо), причому іноді вони навіть зберігають назву породоутворюючого мінералу (гіпс, фосфорит та ін.). Проте більшість гірських порід є полімінеральними, тобто утвореними сполученням двох чи більше мінералів.

Структурою називають будову мінерального агрегату породи, тобто ступінь кристалізації мінералів, форму та розміри мінеральних зерен у породі. Так, за ступенем кристалізації виділяють повнокристалічну структуру (усі мінерали, що входять у породу, повністю перетворилися на кристали - граніт, мармур), порфирову (на загальній нерозкристалізованій масі виділяються кристали одного або кількох мінералів - порфирит, андезит), прихованокристалічну (кристали розрізняються лише під мікроскопом - базальт) та інші (рис.1.3.1,1.3.2). За розмірами кристалів розрізняють велико-, середньо- та дрібнозернисту структури.

Текстура - будова породи, взаємне розташування мінералів у породі. Так, виділяють масивну текстуру (мінерали розкидані по всій масі породи без певної закономірності - граніт, габро), смугасту (гнейс), флюїдальну (натічну - наприклад, обсидіан), пористу (пемза, туф) та інші види текстур.

.

А

Б.

.

В

Рис. 1.3.1. Структура магматичних (А), осадових (Б) та метаморфічних (В) порід

Класифікація гірських порід.

Основні фізичні властивості порід залежать від умов їх утворення (генезису). Саме тому у петрографії прийнято поділяти всі гірські породи на три генетичні класи: магматичні, осадові та метаморфічні. Породи різних класів формувалися протягом усієї геологічної історії Землі, продовжується цей процес і сьогодні. Магматичні та метаморфічні породи іноді в літературі об'єднують у групу кристалічних порід. Вони утворились внаслідок дії процесів, що протікають у надрах Землі. Осадові породи нагромаджуються на поверхні Землі і пов'язані з екзогенними процесами.

Магматичні гірські породи.

На долю магматичних порід разом із метаморфічними припадає біля 95% маси земної кори, хоча поверхню Землі вони покривають лише на 25%. В залежності від умов утворення, магматичні породи поділяють на три групи:

інтрузивні (від лат "інтрузіо" - проникати), утворились при застиганні магми в надрах земної кори,

ефузивні (від лат "ефузіо" - розтікатися), пов'язані із застиганням магми, котра вилилась на поверхню Землі,

пірокластичні (від грець "пір" - вогонь і "клястикос" - подрібнений), утворені в результаті накопичення уламкового матеріалу, викинутого в атмосферу при виверженні вулканів

Інтрузивні породи мають повнокристалічну структуру (рис.1.3.2.а), через те, що в глибоких шарах Землі в зв'язку з поступовим зниженням температури застигання магми проходить повільно, а при великому тиску на неї товщ вищезалягаючих гірських порід в магмі зберігаються гази і пари, котрі сприяють кращому росту кристалів і кращій розкристалізації. В результаті утворюються породи, котрі складаються повністю із зерен мінералів, щільно прилягаючих одне до одного. Іноді на загальному фоні повнокристалічної основної маси видні більш крупні кристали мінералів, які мають той же ж склад, що й основна маса. Така структура називається порфіроподібною (рис.1.3.2.б).

При виливанні магми на поверхню Землі виділяється багато газів та парів, внаслідок чого температура і тиск у магмі різко падають і в ній виникають несприятливі умови для кристалізації мінералів. Збіднена таким чином магма, яка вилилась на поверхню Землі, називається лавою. В результаті може утворитись суцільна аморфна маса зі склоподібною структурою. Якщо в цій масі помітні сліди течії лави - кажуть про флюїдальну структуру (рис.1.3.2.в). Іноді утворюється мікрокристалічна маса, в якій кристали можна розрізнити лише під мікроскопом, - так звана прихованокристалічна структура (рис.1.3.2.г). Для ефузивних порід характерна також і порфірова структура (рис.1.3.2.д), що являє собою вкраплення окремих порівняно крупних кристалів в загальну прихованокристалічну або дрібнозернисту масу. Ці вкрапленики утворюються ще під час підняття магми до поверхні Землі.

Вилив лави часто супроводжується викидом в атмосферу розсипчастих продуктів виверження того ж складу, які дають початок пірокластичним породам. Розсипчасті нагромадження найдрібніших часток називають вулканічним попелом, а частки діаметром 2-5 мм - вулканічним піском. Більш крупні уламки, які викидаються з вулканів, називаються лапілями (розміром до 20 мм) і вулканічними бомбами (розміром від 20 мм до декількох метрів у поперечнику). Для пірокластичних порід властива кутастість уламків та невідсортованність, вони нагромаджуються, як правило, на схилах вулканів.

.

Рис. 1.3.2. Структури магматичних гірських порід (під мікроскопом):

а - повнокристалічна, б - порфіроподібна, в - флюїдальна,

г - прихованокристалічна, д - порфірова.

Зцементовані вулканічні попіл та пісок утворюють відносно міцну породу - вулканічний туф. При наявності у туфі більш крупних уламків, порода називається вулканічною брекчією. Значні родовища туфів розробляються в Закарпатті та Криму. Основними текстурами магматичних порід є щільна, котра зустрічається як в інтрузивних, так і в ефузивних породах та пориста, притаманна лише для ефузивних порід, Таким чином, за структурою та текстурою можна визначити умови утворення порода

В польових умовах необхідно звертати увагу на форми залягання магматичних тіл. Так, для ефузивних порід властиві покриви, потоки та обеліски, для інтрузивних - батоліти й штоки, для жильних - жили, дайки, лаколіти, лополіти і факоліти (рис.1.3.3).

Рис. 1.3.3. Форми залягання магматичних тіл.

Таблиця 1.3.1. Класифікація магматичних порід.

Магматичні породи розділяють не лише за умовами утворення, а і за хімічним складом. Для хімічної характеристики породи користуються поняттям кислотності, тобто сумарним вмістом кремнезему (SіО2) як у вільному стані (у стані мінералу кварцу), так і в складі інших мінералів. За кислотністю породи поділяються на кислі, середні, основні та ультраосновні (табл.1.3.1). В кислих породах переважають світлі силікати, тому ці породи світлі. Середні за кислотністю породи мають сіре забарвлення. В основних та ультраосновних породах присутні багато темних силікатів, тому вони темно-зеленого або навіть чорного кольору.

Кислі породи характеризуються високим вмістом кремнезему (понад 65%), незначним умістом кольорових (темних) алюмосилікатів і загальним світлим забарвленням. Для всіх кислих порід властива присутність кварцу. До них відносяться граніт, ліпарит, обсидіан, пемза, туф та ін.

Граніт (від лат. "гранум" - зерно) - гірська порода, що має повнокристалічну структуру. Складається з калієво-натрієвих польових шпатів, кварцу, мусковіту, біотиту та рогової обманки. За кольором польового шпату оцінюють і колір породи. Граніти, як правило, мають рівномірнозернисту структуру, але іноді порфіроподібну. Порфіроподібні, крупнозернисті граніти з великими окремими кристалами калієвого польового шпату називаються рапаківі (по-фінськи - гнилий камінь), так як вони порівняно швидко руйнуються Цікавий різновид граніту являє собою письмовий граніт - пегматит (від грецьк. "пегма" - міцний зв'язок), в якому ортоклаз закономірно проростає видовженими кристалами кварцу, котрі нагадують у поперечному перерізі давні єврейські письмена. Пегматит - крупнокристалічна жильна порода. Граніти поширені в межах Українського кристалічного масиву. Використовуються в основному як будівельний камінь. Рапаківі застосовуються як облицювальний матеріал.

Ліпарит - ефузивний аналог граніту. Отримав свою назву від острова Ліпарі (Італія). Має порфірову структуру. У світлій, часто білій, склоподібній основній масі цієї породи знаходяться поодинокі вкраплення польових шпатів кварцу та біотиту.

Склоподібні породи, що відповідають за складом ліпариту, називаються обсидіаном (за ім'ям римлянина Обсидіуса, котрий вперше привіз цей камінь з Ефіопії), або вулканічним склом. Обсидіан являє собою однорідну, без кристалів, масу, що має, як правило, темне забарвлення, скляний блиск та раковистий злам. Іноді має флюїдальну текстуру. Обсидіан часто зустрічається разом із пемзою (від лат "пумекс" - піна). Пемза являє собою пористу склоподібну породу, що утворилась при вулканічному виверженні багатої газами магми. Завдяки великій пористості пемза має низьку (до 1 г/см3) щільність і не тоне у воді.

Середні породи вміщують від 65 до 52% кремнезему. Вони характеризуються дещо більшим вмістом світлих мінералів, ніж темних. Сюди відносяться сієніт, діорит, андезит, трахіт тощо.

Сієніт (за назвою г. Сієни в Італії) - глибинна повнокристалічна порода, головними мінералами якої є ортоклаз або мікроклін (польові шпати), рогова обманка й авгіт. В невеликій кількості у породі може бути присутнім кварц. Колір породи - від рожевого до сірого. Сієніти поширені в Українському кристалічному масиві. 3 нефелінових сієнітів добувають алюміній.

Діорит (від грецьк. "діоризо" - відокремлюю) - інтрузивна порода повнокристалічної структури. Світлі мінерали представлені плагіоклазами, котрі надають породі світло-сірого або зеленувато-сірого забарвлення, на тлі якого різко виділяються рогова обманка і авгіт. Використовується як будівельний матеріал. Розробляється в Криму.

Андезит (назва походить від гірської системи Анд у Південній Америці) - дуже поширена ефузивна порода темно-сірого кольору. Структура порфірова, основна маса приховано-кристалічна. Вкраплення, як правило, представлені плагіоклазом, роговою обманкою та біотитом. Андезити складають конуси згаслих вулканів Казбека й Ельбруса на Кавказі. Вони поширені також на Закарпатті, використовуються як будівельний матеріал.

Трахіт - ефузивна порода, котра має той же мінеральний склад, що і сієніт, але відрізняється від останнього порфіровою структурою. Загальний колір породи від темно-сірого до темно-зеленого. Поширений у багатьох гірських районах, використовується як будівельний камінь.

Основні породи вміщують 52-40% кремнезему. Велика кількість кольорових мінералів надає їм темного забарвлення. Сюди відносяться такі породи як габро, лабрадорит, базальт та ін.

Габро (за назвою місцевості в Північній Італії) - інтрузивна повнокристалічна порода, що складається з темних зерен авгіту, рогової обманки та олівіну, а також більш світлих - плагіоклазу. Плагіоклаз часто буває представлений лабрадором, який має красиві сині переливи (різновид габро, що складається майже цілком із лабрадору, називається лабрадоритом). Колір габро сірий, темно-сірий, зеленувато-сірий, чорний, структура велико- і середньозерниста. Поклади габро та лабрадоритів є в Житомирській області. Ці породи використовуються як будівельний камінь та цінний облицювальний матеріал.

Базальт (від лат. "базальтес" - основний) - чорна, іноді темно-сіра порода, що має приховано- або дрібнокристалічну структуру. Поряд із дрібними кристалами авгіту й плагіоклазу в породі присутня нерозкристалізована склоподібна маса. Базальт - найпоширеніша ефузивна порода. Великі поклади базальтів розробляються в Рівненській області та Закарпатті. Базальтам притаманна стовпчаста окремість. Використовується як будівельний камінь і як матеріал для камінного литва та виготовлення базальтових волокон

Ультраосновні породи вміщують до 40% кремнезему. Гірські породи цієї групи складаються із силікатів, багатих оксидами заліза та магнію. Ультраосновні породи, як правило, інтрузивні, серед них найбільш відомі піроксеніт і дуніт.

Піроксеніт (грецьк. - "чужий вогню") - в основному складається з авгіту та невеликої кількості олівіну. Порода повнокристалічна, щільна, чорна. Піроксеніти зустрічаються в Придніпров'ї. 3 ними часто пов'язані родовища нікелю та кобальту.

Перидотит ("перидот" - французька назва мінералу олівін) складається, головним чином, з олівіну, в невеликих кількостях присутні піроксен, хроміт і магнетит. Ця порода часто вміщує самородну платину. Колір перидотиту від темно-жовтого із зеленуватим відтінком до майже чорного. Поширений у складчастих гірських системах.

Будівельні властивості магматичних порід. Невивітрілі (незруйновані) магматичні породи мають високі будівельні характеристики. Це пояснюється їх мінеральним складом та жорсткими кристалізаційними зв'язками між мінералами. Найбільшу міцність мають породи дрібно- та рівномірнозернисті. При оцінюванні будівельних якостей магматичних порід слід надавати перевагу щільній текстурі. Магматичні породи є найбільш надійними основами споруд. На оцінку їх надійності впливають ступінь вивітрення, наявність тріщин, форма залягання, структурно-текстурні властивості.

Осадові гірські породи

Якщо глибокі надра літосфери майже повністю складені магматичними породами, то верхня товща земної кори майже на 75% складена осадовими породами, хоча потужність їх і невелика. Вона досягає лише декількох десятків, іноді - декількох сот метрів. Однак, на окремих ділянках земної кори, які називають областями прогину, або геосинкліналями, товща осадових порід інколи досягає 15-20 км

Рис.1.3.4. Типи шаруватості осадових порід:

а - горизонтальна, б - коса, в - діагональна, г - перехресна

Осадові гірські породи утворились на поверхні літосфери внаслідок накопичення мінеральних мас, що виникли в результаті руйнування магматичних, метаморфічних, а також осадових порід. Процеси руйнування гірських порід літосфери та накопичення нових порід на поверхні Землі відбуваються скрізь: в пустелях, де енергійну роботу веде вітер, вздовж берегів морів і океанів, де хвилі переміщують уламковий матеріал, на дні глибоких частин морів та океанів, де хімічні осади та відмираючі організми дають початок товщам осадових порід. Умови утворення накладають істотний відбиток на вигляд осадових порід. В одних випадках вони складаються з уламків раніше зруйнованих гірських порід, в других - із скупчення органічних залишків, в третіх - із кристалічних зерен, котрі випали з розчину. За фізико-географічними умовами осадоутворення породи поділяють на фації (від лат. "фацісс" - вигляд), наприклад, континентальну, морську, болотну, лагунну, пустельну тощо.

Перетворення осаду в гірську породу називається діагенезом (від грецьк. "діагенезис" - перетворення). Цей процес складається з випадання осаду, його накопичення, поступового ущільнення, зневоднення і кристалізації. Первинні форми залягання осадових порід зображені на рис.1.3.4 .

Пластом (шаром) називають геологічне тіло, яке має: 1). плоску форму, при якій його потужність у багато разів менша від площі його поширення; 2). дві поверхні напластування (або покрівлю й підошву), які відділяють його від покриваючих і підстелюючих пластів; 3). як правило, однорідний склад. Потужність пласта - це найкоротша віддаль між його покрівлею та підошвою.

Пропласток - тонкий шар гірської породи, який має підпорядковане значення і розташований в основному шарі. Лінза - округле або овальне геологічне тіло зі зменшенням потужності до країв.

Переважній більшості осадових порід властива шаруватість, адже багато осадових порід являють собою осади, які відкладались шарами на протязі тривалого часу. Окремі шари відрізняються один від одного складом мінеральних зерен, їх розмірами, забарвленням, щільністю.

Залежно від умов накопичення шарів (пластів), розрізняють шаруватість горизонтальну, характерну для морських відкладів; косу, характерну для відкладів річок; діагональну та перехресну, характерну для еолових утворень (рис.4). Однак існують і такі осадові породи, у яких шаруватість відсутня (наприклад, в хімічних і органогенних відкладах).

Кількість порід осадового походжень досить велика. За умовами утворення їх поділяють на три групи:

1. уламкові (кластичні), які утворились завдяки механічному руйнуванню порід, що існували раніше;

2. хімічні, утворені внаслідок випадання осадів із розчинів;

3. органогенні, які складаються з залишків тваринних і рослинних організмів та продуктів їх життєдіяльності.

Численні породи двох останніх груп мають спільне походження (утворюються у водному середовищі) і інколи їх називають біохімічними.

Структуру уламкових осадових порід розрізняють за розмірами, та формою складаючих їх часток. За розмірами розрізняються такі структури псефітова (великоуламкова), діаметр часток, які складають породу, понад 2 мм, псамітова (піщана), діаметр часток 2,0-0,05 мм, алевритова (пилувата), діаметр часток від 0,05 до 0,005 мм і пелітова (глиниста), діаметр часток менший 0,005 мм. У випадку скупчення більш-менш однакових за розміром часток, структура має назву рівномірнозернистої, у протилежному випадку -різнозернистої. За формою уламки бувають округлі і не округлі.

Для хімічних порід характерні оолітова (зерна мають форму кульок), голчаста, волокниста, листувата та зерниста структури. Породи органічного походження, котрі складаються з добре збережених черепашок або рослин, мають біоморфну структуру. Якщо ж рештки організмів збережені погано і представлені лише їх уламками, то така структура називається детритовою (від лат. "детрітус" - перетертий).

Текстура осадових порід у більшості випадків шарувата, пориста або компактна (непориста).

Якщо осадові породи являють собою скупчення окремих, не з'єднаних одна з одною часток, вони називаються розсипчастими Якщо окремі частки скріплює тонкозернистий матеріал (так званий "цемент"), породи отримують назву зцементованих і характеризуються компактною текстурою. Цементування порід може відбуватись одночасно з їх утворенням а також і після, внаслідок випадання різних солей з циркулюючих по порах розчинів. За складом розрізняють глинистий, бітумний, карбонатний, залізистий, кремнистий та інші цементи. Характер цементу значною мірою зумовлює щільність і міцність зцементованої породи. Самими слабкими вважаються породи на глинистому цементі, а породи на кременистому цементі відрізняються найбільшою міцністю. За характером зв'язку між уламками виділяються контактовий, поровий і базальний типи цементації. Контактовий тип цементації спостерігається при безпосередньому дотиканні уламків, котрі утримуються між собою силами поверхневої взаємодії. Поровий тип цементації має місце тоді, коли простір (пори) між уламками, які між собою дотикаються, заповнений цементуючим матеріалом. При базальному типі цементації уламки занурені в цементуючу масу та ізольовані нею один від одного.

Уламкові породи складаються з уламків різних порід і мінералів. За розміром уламків виділяють: 1). великоуламкові породи (псефіти), які складаються в основному з уламків розміром понад 2,0 мм; 2). середньоуламкові (псаміти), які складаються з уламків розміром від 2,0 мм до 0,05 мм; 3). дрібноуламкові (алеврити) із розміром часток від 0,05 мм до 0,005 мм; 4). глинисті породи (пеліти) із розміром часток менших від 0,005 мм.

Таблиця 1.3.2. Класифікація уламкових ґрунтів за ДСТУ Б.В. 2.1 - 2 - 96

Великоуламкові породи. Сюди відносяться породи, які складаються із уламків розміром від 2 мм до кількох метрів у поперечнику. Залежно від розмірів та форми виділяються такі різновиди уламків, назвам котрих синонімічні назви відповідних порід: брили - неокруглі уламки розміром понад 200 мм, щебінь - неокруглі уламки розміром від 200 до 40 мм і жорства - від 40 до 2,0 мм. Якщо ж уламки вказаних розмірів округлі, то їх відповідно називають валунами, галькою й гравієм. Зцементовані щебінь і жорству називаються брекчією, зцементовані гальку й гравій - конгломератом (від лат. "конгломератус" - скупчення). Усі великоуламкові породи широко застосовуються як будівельні матеріали. Необхідно пам'ятати, що назви "валуни", "щебінь", "галька" тощо не кажуть нам про властивості порід, а лише про їх розміри й ступінь округлості уламків, а тому їх слід називати "галька пісковика", "щебінь граніту" і т. п.

Середньоуламкові породи. До них належать широко розповсюджені в природі піски та пісковики. Піски являють собою розсипчасті скупчення уламків розміром під 2,0 до 0,05 мм, а пісковики - зцементовані між собою уламки тієї ж величини В залежності від величини уламків виділяють такі фракції пісків: груба (2,0-1,0 мм), крупна (1,0-0,5 мм), середня (0,5-0,25 мм), дрібна (0,25-0,10 мм) і тонка (0,10-0,05 мм). За своїм складом піски й пісковики найчастіше бувають кварцовими, інколи з домішкою польових шпатів, слюд, глауконіту та інших мінералів.

Велико- і середньоуламкові породи, як правило, рідко складаються з однієї фракції, а в основному з природної суміші різних фракцій. Тому для визначення їх назви в інженерній геології користуються класифікацією ДСТУ Б.В. 2.1-2-96, яка наведена в табл. 1.3.2. В таблиці та її назві застосовується термін "ґрунт", який в інженерній геології означає будь-яку гірську породу, що є об'єктом інженерно-будівельної діяльності людини (від нім. "грунд" - основа, ґрунт). Для встановлення назви ґрунту за табл. 2 необхідно послідовно складати відсотки вмісту часток досліджуваного ґрунту спочатку - крупніших 200 мм, потім - крупніших 10 мм, далі - крупніших 2,0 мм і т.д. Назва ґрунту приймається за першим задовільняючим показником в порядку знаходження назв в таблиці 2.

Дрібноуламкові, або пилуваті породи представлені лесами, лесоподібними породами, супісками й суглинками.

Лес - (від нім. "льосс" - нетвердий, розсипчастий) - порода, яка складається, головним чином, з часток кварцу розміром 0,05-0,01 мм із домішками глинистих часток (розміром менше 0,005 мм) та кальциту. Лес має велику пористість (на долю пустот припадає 40-50% об'єму породи), в сухому стані порода досить міцна і витримує без змін значні навантаження. При зволоженні лес дуже швидко втрачає зв'язок між складаючими його частками й ущільнюється по вертикалі. Це явище називають просіданням. Зменшення потужності лесу при зволоженні може досягати 10%, що, як правило, викликає руйнування зведених на ньому споруд. Лес широко розповсюджений по Україні.

Лесоподібні породи відрізняються від лесів тим, що в них крім крупнопилуватих часток (розміром 0,05-0,01 мм) вміщується значна кількість часток, менших за розмірами. Серед них виділяють лесоподібні супіски, лесоподібні суглинки та лесоподібні глини. Склад же їх близький до лесу і вони теж часто здатні до просідання.