ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

ГОРНЫЕ ПОРОДЫ природные агрегаты
минералов более или менее постоянного состава, образующие самостоятельные
геологические тела, слагающие земную кору. Термин "Г. п." впервые
в современном смысле употребил (1798) рус. минералог и химик В.
М. Севергин.

Г. п. представляют собой механич. сочетания
разных по составу минералов, в т. ч. и жидких. Процентное содержание минералов
в Г. п. определяет её минеральный состав. Форма, размеры, взаимное расположение
и ориентация минеральных зёрен или частиц Г. п. обусловливают её структуру
и текстуру.

По происхождению Г. п. делятся на три
группы: магматические (изверженные), осадочные и метаморфические.
Магматич. и метаморфич. Г. п. слагают ок. 90% объёма земной коры, остальные
10% приходятся на долю осадочных пород, однако последние занимают 75% площади
земной поверхности.

Магматические горные породы образуются
в результате застывания магмы. В глубоких частях земной коры магма охлаждается
медленно, хорошо раскристаллизовывается и из неё формируются кристаллич.
зернистые породы, наз. интрузивными (граниты, сиениты, диориты и др.).
Эти породы залегают в земной коре в виде батолитов, штоков, лакколитов
и др. тел. Магма, излившаяся на земную поверхность в виде лавы вулканов,
остывает быстро (часть её может не раскристаллизоваться, а затвердеть в
виде вулканич. стекла), образуя эффузивные, или излившиеся, Г. п.
(базальты, андезиты, липариты и др.), а также вулканич. туфы, представляющие
собой сцементированные твёрдые продукты вулканич. извержений (пепел, лапилли,
вулканич. бомбы и др.). Эффузивные породы часто залегают в виде
лавовых потоков и покровов. Гл. породообразующими минералами магматич.
Г. п. являются алюмосиликаты и силикаты (полевые шпаты, кварц, слюда и
др.).

Осадочные горные породы образуются
на земной поверхности и вблизи неё в условиях относительно низких темп-р
и давлений в результате преобразования морских и континентальных осадков.
По способу своего образования осадочные породы подразделяются на три осн.
гене-тич. группы: обломочные породы (брекчии, конгломераты, пески, алевриты)
-
грубые продукты преим. механич. разрушения материнских пород, обычно наследующие
наиболее устойчивые минеральные ассоциации последних; глинистые породы
- дисперсные продукты глубокого химич. преобразования силикатных и алюмосиликатных
минералов материнских пород, перешедшие в новые минеральные виды; хемогенные,
биохемогенные и органогенные породы - продукты непосредственного осаждения
из растворов (напр., соли), при участии организмов (напр., кремнистые
породы), накопления органич. вещества (напр., угли)
или продукты
жизнедеятельности организмов (напр., органогенные известняки).
Промежуточное
положение между осадочными и вулканич. породами занимает группа
эффузивно-осадочных пород. Между осн. группами осадочных пород наблюдаются
взаимные переходы, возникающие в результате смешения материала разного
генезиса. Характерной особенностью осадочных Г. п., связанной с условиями
образования, является их слоистость и залегание в виде более или менее
правильных пластов.

Метаморфические горные породы образуются
в толще земной коры в результате изменения (метаморфизма) осадочных
или магматич. Г. п. Факторами, вызывающими эти изменения, могут быть: близость
застывающего магматич. тела и связанное с этим прогревание метамор-физуемой
породы, а также воздействие отходящих от этого тела активных хим. соединений,
в первую очередь различных водных растворов (контактный метаморфизм),
или погружение породы в толщу земной коры, где на неё действуют факторы
регионального метаморфизма - высокие темп-ры и давления. Для регионально
метаморфизованных Г. п. характерны сланцеватость, наличие ряда спе-цифич.
минералов (кордиерит, андалузит, кианит и др.), а также структуры,
иногда сохраняющие следы структур исходных пород (т. н. реликтовые структуры).
Типичными метаморфич. Г. п. являются разные по составу кристаллич. сланцы,
контактовые роговики, скарны, гнейсы, амфиболиты, мигматиты и др. Различие
в происхождении и, как следствие этого, в минеральном составе Г. п. резко
сказывается на их химич. составе и физич. свойствах.

Химич. состав магматич. Г. п., сложенных
гл. обр. силикатными минералами, характеризуется большим богатством кремнёвой
кислоты. По содержанию SiO(св. 65%), средние (55-65%) и основные (менее 55%).
Кроме того, выделяются более редкие, очень богатые SiOпороды (некоторые апли-ты) и ультраосновные, содержащие менее 45%
SiOвыделяют под назв. щелочных. Породы, различающиеся по содержанию главных
элементов, отличаются и по содержанию элементов-примесей. Так, к кислым
породам приурочены повышенные концентрации Be, W, Sn, Pb, Zn, Cu, Au и
др., а к основным-Ni, Cr, Pt. К щелочным породам часто приурочены большие
концентрации фосфора. Помимо общей распространённости различных элементов,
наблюдается специфич. приуроченность отдельных элементов и рудных месторождений
к породам к.-л. региона (т. н. металлогенич. специфика интрузивов).
Химич. состав осадочных Г. п. отличается от пород магматических гораздо
большей дифференцированностью, широким диапазоном колебаний в содержании
породообразующих компонентов [напр., SiO)
до
100% (чистые кварцевые пески), СаО - от долей процента (чистые каолиновые
глины) до 56% (известняки) и т. п.], повышенным содержанием
воды, углекислоты, органического углерода, "избыточных летучих" (S, C1,
В и др.), а также высокими отношениями окисного железа к закис-ному.
Метаморфич. Г. п. по составу близки к материнским осадочным или магматич.,
хотя в них, в процессе перекристаллизации или метасоматоза, могут концентрироваться
мн. рудные элементы, создавая рудные месторождения.

Как физическое тело Г. п. характеризуется
группой базисных свойств, в к-рую входят плотностные, упругие, прочностные,
тепловые, электрич. и магнитные свойства. Ниже приведены наиболее
вероятные пределы изменения базисных свойств Г. п.:

Пористость - до 60%

Плотность - 800-8000 кг/м³

Модуль Юнга - 10-200 Гн/м²

Коэфф. Пуассона - 0,07 - 0,38

Предел прочности на сжатие - до 500
Мн/м²

Предел прочности на растяжение - до
20 Мн/м²

Удельная теплопроводность - 0,1 - 10
вт/(м*К)

Коэфф. линейного расширения - 1*10^-6-9*10^-5
1/°С

Удельное электрич. сопротивление -
10^-3-10¹⁴ ом*м

Относит. диэлектрич. проницаемость
- 2-30

Относит. магнитная проницаемость -
0,9998-4

Свойства Г. п. обусловлены их минеральным
составом и строением, а также внешними условиями. Важными параметрами,
определяющими свойства Г. п., являются её пористость и трещиноватость.
Поры могут быть частично заполнены жидкостью, поэтому свойства Г. п. зависят
одновременно от свойств твёрдой, газообразной и жидкой фаз и их взаимного
соотношения. Пористость и трещиноватость особенно важны при оценке Г. п.
как коллекторов нефти и воды, а также скорости их притекания к источнику,
буровой скважине н т. д. Ею же определяются влаго- и газоёмкость Г. п.
и их водо-и газопроницаемость. В магматич. Г. п. количество газовых пустот
может достигать 60-80% (пемзы и пемзовые туфы). В осадочных Г. п. поры
создаются в момент осадкообразования (межзерновые поры) и могут
закрываться или сохраняться при цементации. Большое количество пор возникает
при накоплении пористых зёрен (раковины радиолярий и диатомовых).
Метаморфич. Г. п. обычно бедны порами и имеют только трещины, вызываемые
охлаждением Г. п.

С пористостью и минеральным составом
тесно связана плотность Г. п., к-рая в породах, лишённых пористости, определяется
слагающими их минералами. Рудные минералы имеют высокую плотность (до 5000
кг/м³
у пирита и 7570 кг/м³ у галенита); меньшая плотность
характерна для минералов осадочных пород (напр., каменная соль имеет плотность
2100 кг/м³). Плотность Г. п. из-за пористости
может сильно отличаться от плотности слагающих её минералов. Так, пемзовые
туфы Армении имеют плотность ок. 800-900 кг/м³,
граниты, мраморы, плотные известняки и песчаники - ок. 2600 кг/м³.
Плотность Г. п. легко рассчитывается по минеральному составу и пористости;
возможны и очень полезны обратные расчёты.

Такие свойства Г. п., как теплоёмкость,
коэфф. объёмного теплового расширения и др. определяются в первую очередь
минеральным составом, прочностные же и упругие свойства Г. п., их теплопроводность
и электропроводность зависят гл. обр. от строения пород и особенно сил
связей между зёрнами. Так, наличие преимущественной ориентировки зёрен
приводит к анизотропии свойств. В создании анизотропии свойств может участвовать
также ориентированная трещиноватость.

Свойства Г. п., определённые вдоль
и поперёк слоистости или прожилковато-сти, как правило, отличаются друг
от друга. При этом модуль Юнга, предел прочности на растяжение, теплопроводность,
электрич. проводимость, диэлектрич. и магнитная проницаемости больше вдоль
слоистости, а предел прочности на сжатие - поперёк слоистости. У
мелкозернистых Г. п. прочностные свойства выше, а у крупнозернистых ниже.
Особенно высокие значения предела прочности на сжатие имеют мелкозернистые
породы с волокнистым строением (напр., нефрит до 500 Мн/м²).
Низкий предел прочности на сжатие имеют мн. осадочные породы (каменная
соль, гипс и др.). Упругие свойства пород определяют их акустич.
(скорость распространения, коэфф. преломления, отражения и поглощения упругих
волн) и электромагнитные свойства (соответственно скорости распространения,
коэфф. поглощения, отражения и преломления электромагнитных волн).
Г. п., как правило, плохие проводники тепла, причём с повышением пористости
их теплопроводность ухудшается. Большей теплопроводностью обладают породы,
содержащие полупроводники,- графит, железные и полиметаллич. руды и т.
д. По электропроводности большинство Г. п. относится к диэлектрикам и полупроводникам.
Магнитные свойства Г. п. в первую очередь определяются присутствующими
в них ферромагнитными минералами (магнетит, титаномагнетит, гематит, пирротин).

Свойства Г. п. зависят также от воздействия
механич. (давление), теплового (темп-pa), электрич., магнитного,
радиационного (напряжённости) и веществ. (насыщенность жидкостями,
газами и т. д.) полей. При насыщении скальных пород водой увеличиваются
упругие параметры, теплопроводность, теплоёмкость, электрич. проводимость
и диэлектрич. проницаемость; при насыщении водой легко растворимых минералов
(галоидные соединения), а также глинистых пород их упругие и прочностные
показатели уменьшаются. Изменение свойств пород под воздействием давления
вызвано уплотнением пород, смятием пор, увеличением площади контакта зёрен.
С увеличением давления обычно возрастают электропроводность, теплопроводность,
прочность и т. д. Повышение темп-ры снижает упругие и прочностные и усиливает
пластич. характеристики пород, уменьшает теплопроводность, увеличивает
теплоёмкость, электропроводность и диэлектрич. проницаемость. Появление
внутренних термонапряжений за счёт различного теплового расширения отдельных
минералов приводит к возрастанию или к уменьшению упругих и прочностных
свойств пород в зависимости от направления результирующих напряжений. Перестройка
кристаллич. решётки минералов от нагрева (полиморфные превращения и др.)
вызывает
аномальные точки на графике зависимости свойств от темп-ры. Так, для кварцитов
наблюдается миним. значение модуля Юнга и макс. значение коэфф. линейного
расширения в точке полиморфного перехода бетта-кварца в альфа-кварц (573°С).
Воздействие тепла приводит также к спеканию, разложению, плавлению, возгонке,
испарению отдельных минералов, что соответственно изменяет свойства пород.
Напряжённость и частота электромагнитных полей оказывают наибольшее влияние
на электромагнитные и радиоволновые свойства пород. Это обусловлено энергетич.
воздействием полей на частицы пород, в результате чего происходит их электрич.
и магнитная переориентировка (поляризация и намагничивание), возбуждение
электронов и ионов. Так, повышение напряжённости приводит к росту электропроводности,
диэлектрич. и магнитной проницаемостей.

Как объект горных разработок Г. п.
характеризуются различными технологич. свойствами - крепостью, абразивностью,
твёрдостью, буримостью, взрываемостью и т. д. Крепость оценивает сопротивляемость
пород механич. разрушению, абразивность - способность пород истирать режущие
кромки рабочих механизмов и т. д. С целью выбора рациональных методов и
механизмов разрушения применяются различные классификации Г. п. по технологич.
свойствам (напр., в практике горного дела широко применяется классификация
Г. п. по крепости, предложенная проф. М. М. Протодьяконовым-старшим).

Изучение вещественного состава, физич.
и физико-химич. свойств Г. п. являются осн. источником информации в геофизике,
геологии (в т. ч. инженерной) и в горном производстве. См. также
Горное
дело.

Лит.: Кузнецов Е. А., Петрография
магматических и метаморфических пород, М., 1956; Барон Л. И., Логунцов
Б. М., Позин Е. 3., Определение свойств горных пород, М., 1962; Ржевский
В. В., Новик Г. Я., Основы физики горных пород, М., 1967; Ронов А. Б.,
Ярошевский А. А., Химическое строение земной коры, "Геохимия", 1967, №
11; Справочник физических констант горных пород, пер. с англ., М., 1969;
Минералы и горные породы СССР, М., 1970; Швецов М. С., Петрография осадочных
пород, М., 1958; Нuang W. Т., Petrology, N. Y., 1962. Г. Я. Новик,
В. П. Петров, В. В. Ржевский, А. Б. Ронов.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я