Минералогический состав, строение и формы залегания магматических пород
9. Минералогический состав, строение и формы залегания магматических пород.
Магматические породы образовались
в результате застывания магмы. Процесс
их образования состоит в
В зависимости от условий
образования магматические
Неполнокристаллическая (порфировая) структура излившихся пород (альбитовый порфир): Ав — альбит в скрытозернистой основной массе породы.
В составе магматических пород существенное значение имеют оксиды SiO2; А12О3; FeO; MgO; CaO; Na2O; K2O; H2O и особенно первый, являющийся надежной характеристикой их химического состава. В зависимости от количественного содержания кремнезема все магматические породы разделяются на: ультракислые — свыше 75%; кислые — от 65 до 75%; средние — от 52 до 65%, основные — от 40 до 52% и ультраосновные— менее 40% кремнезема. С уменьшением его содержания возрастает плотность и темнеет окраска магматических пород, так как в их составе увеличивается количество более тяжелых железисто-магнезиальных силикатов. Главнейшими минералами магматических пород являются кварц, полевые шпаты, плагиоклазы, нефелин, слюды, авгит, роговая обманка и др. Калиевые полевые шпаты и кислые плагиоклазы, кварц и слюды встречаются преимущественно в кислых породах; средние плагиоклазы и роговая обманка — в средних, а основные плагиоклазы и авгит — в основных породах. Формы залегания магматических пород разнообразны. Глубинные породы залегают в виде батолитов - огромных (до 160 000 км2) массивов неправильной формы; штоков— массивов изометричной формы; отличающихся от батолитов меньшими (до 100 км2) размерами; лакколитов— грибообразных тел, соединяющихся подводящими каналами с очагами магмы и жил — плитообразных тел, образованных внедрением магмы в трещины пород. Типичными формами излившихся пород являются потоки, покровы и купола (конусы). Остывание магматических массивов сопровождается значительным сокращением их объема с появлением многочисленных, закономерно расположенных трещин, разбивающих массив на отдельные блоки различной величины и формы— отдельности. Установление направления трещин отдельности имеет большое практическое значение при разработке магматических пород: оно облегчает их добычу, упрощает механическую разделку пород и вместе с тем эти трещины в известной степени ограничивают возможность использования их трещиноватых разновидностей в строительных целях, так как они становятся досадными дефектами изготовляемой штучной продукции.
Глубинные породы имеют высокие показатели прочности, средней плотности, а также незначительную пористость, с которой связаны весьма низкое водопоглощение, высокие теплопроводность и морозостойкость. Из этой группы рассматриваются граниты, сиениты, диориты, габбро, перидотиты и пироксениты, расположенные в приведенном порядке по мере уменьшения в них кремнезема.
Граниты — широко распространенные в природе кислые породы, содержащие 65 ... 75% SiO2. В их состав входят калиевый полевой шпат (ортоклаз, микроклин) или кислый плагиоклаз в количестве от 40 до 60%, кварц от 20 до 40% и темноцветные минералы (биотит, роговая обманка) от 5 до 20%, которые сообщают светло-серую, мясо-красную окраску этим породам. При большом количестве кварца граниты приобретают высокие твердость и хрупкость, а с увеличением содержания роговой обманки становятся более вязкими, однако легче выветриваются, особенно при наличии трещин.
Сиениты — средние породы,
содержащие до 65% SiO2. В отличие от
гранитов, в них отсутствует свободный
кварц. Из-за отсутствия кварца они
являются более мягкими и одновременно
более вязкими породами вследствие
значительного содержания роговой
обманки. Сиениты окрашены обычно в
светлые серые, розоватые или
зеленоватые тона, имеют среднезернистую
структуру и массивную
Диориты являются средними (62...65% SiO2;) породами, состоящими из средних плагиоклазов (до 75%) и роговой обманки (25%), наряду с которой могут присутствовать авгит, биотит. Окраска диоритов темно-серая, темно-зеленая до черной.
Габбро — основные породы, содержащие от 40 до 52% SiO2. Из них наиболее распространенными являются массивные полнокристаллические породы серого, темно-серого и темно-зеленого цветов.
Перидотиты и пироксениты — ультраосновные бесполевошпатовые полнокристаллические породы, содержащие менее 40% SiO2 и сходные по своим свойствам. Постоянными минеральными компонентами перидотитов являются оливин (30... 70%), авгит и гиперстен, а пироксениты состоят почти целиком из последних. Обе породы часто содержат примеси рудных минералов, повышающих их среднюю плотность. Отличаются крупно- и среднезернистой структурой и массивной текстурой. Высокая твердость этих пород затрудняет разработку месторождений, а высокая вязкость осложняет их обработку, вследствие чего они применяются в качестве материалов особого назначения в специальных гидротехнических и других сооружениях, для устройства внутренних интерьеров гражданских зданий, а также как поделочный и художественный материалы.
Кварцевые порфиры и липариты — излившиеся аналоги гранитов. Кварцевые порфиры относятся к древним, а липариты—к нововулканическим породам. От гранитов они отличаются порфировой структурой с наличием в мелкозернистой или стекловатой массе породы вкрупленников — крупных кристаллов кислого полевого шпата и реже кварца. Кварцевые порфиры окрашены в красновато-бурые тона и являются плотными породами. Липариты — более легкие и пористые по сравнению с кварцевыми порфирами породы белого, светло-серого цвета, содержащие небольшие вкрапленники кислого полевого шпата и среднего плагиоклаза, а также повышенное количество нераскристаллизованного вулканического стекла.
Бескварцевые порфиры (ортофиры) и трахиты являются соответственно древними и молодыми излившимися аналогами сиенитов. У ортофиров сильно изменен минеральный состав с появлением в нем вторичных минералов: каолинита, карбонатов, хлоритов и др., которые уплотняют породу, заполняя ее пустоты, и способствуют образованию вторичной микрозернистой структуры. Бескварцевые порфиры окрашены в серовато-зеленый или красновато-бурый цвета. Трахиты — пористые и сильношероховатые породы белой, серой, желтоватой окраски с ясно выраженной порфировой структурой. Их используют для изготовления бута, щебня, колотой и тесаной шашки, а также как кислотоупорные материалы. Красивые разновидности ортофиров применяются для отделочных работ (алтайские ортофиры). Эти породы хорошо поддаются обработке, но не полируются и быстро истираются.
Порфириты и андезиты — плагиоклазовые излившиеся аналоги диоритов, соответственно древне- и нововулканического возраста. Отличаются пористой текстурой и порфировой структурой с вкрапленниками плагиоклазов или роговой обманки. Порфириты отличаются повышенной выветрелостью и наличием вторичных силикатов— серицита, хлорита и др. Диабазы и базальты — излившиеся древне - и нововулканические аналоги габбро, отличающиеся от него своими структурными и текстурными особенностями. Диабазы имеют скрытокри-сталлическую структуру, характерную тем, что промежутки между переплетенными кристаллами основного плагиоклаза (Лабрадора) заполнены мелкозернистой авгитовой массой. Они окрашены в зеленые и зеленовато-серые тона.
Базальты макроскопически
представляют собой черную плотную
застывшую лаву, находящуюся в
скрытокристаллическом или
Среди излившихся пород заметное место занимают вулканические стекла: почти безводный аморфный черный или красно-бурый обсидиан; мелкопористый светло-серый или коричневый перлит с содержанием до 3...4% воды; зеленоватый или бурый смоляной камень (пехштейн) кристаллитного строения с большим количеством воды. В последние десятилетия из вулканических стекол получают вспученный перлит — легкий и пористый материал с хорошими звуко- и теплоизоляционными свойствами, а также применяют в виде заполнителей в легких бетонах, фильтрующих и изоляционных материалах; как сырье для получения высококачественных стекол. Особой разновидностью вулканических стекол является пемза, образовавшаяся при быстром остывании средних и кислых лав на поверхности воды или влажной почвы, сопровождаемом бурным выделением паров и газообразных компонентов.
Вулканические пеплы—мелкие порошкообразные массы частиц неправильной формы, выброшенные во время извержений и осевшие на поверхности лавовых потоков, а также вокруг вулканических конусов. Они состоят из мельчайших обломков вулканического стекла и кристаллических зерен некоторых минералов, особенно кварца. Размеры частиц вулканических пеплов колеблются от 0,1 до 2 мм. Вулканические пеплы являются активными минеральными добавками при производстве цементов.
Вулканические туфы образуются
путем цементации и уплотнения вулканических
пеплов и другого твердого материала,
Цементом служат вулканический пепел,
кремнезем, глина и продукты разложения
пепла. Они различны по строению и
характеризуются непостоянными
химическими и физико-
Туфовые лавы образуются при
быстром вспенивании
19. Назовите эры, периоды и эпохи истории Земли.
Для определения времени ископаемых остатков и остаточных горных пород используется геохронологический метод. Чтобы определить характерные для каждого геологического периода ископаемых растений и животных, составляют шкалу расположения пластов. Возраст Земли устанавливают по распаду радиоактивных изотопов. Зная систему появления организмов и возраст пластов Земли, ученые описали процесс развития жизни на Земле в хронологии.
Архейская эра ведет свое
начало со времени, когда Земля сформировалась
как планета — около 4 млрд. лет
назад. Ее продолжительность составляет
1 млрд. лет. Первичная кора, образовавшаяся
в результате охлаждения Земли, беспрерывно
разрушалась паром и газом, которые
выделяло раскаленное вещество. Извергаемая
миллионами вулканов лава застывала
на поверхности, образуя первичные
горы и плоскогорья, материки и океанические
впадины. Мощная, плотная атмосфера
также охлаждалась, в результате
чего выпадали обильные дожди. На горячей
земной поверхности они мгновенно
превращались в пар. Твердая кора
охладилась, океанические впадины заполнились
водой. Первичный океан, реки, атмосфера
разрушали первичные горы и материки,
образуя первые осадочные породы.
На протяжении многих миллионов лет
истории Земли эти породы, неоднократно
подвергаясь воздействию
В архейскую эру в теплых водах первичного океана протекади различные химические реакции между солями, щелочами и кислотами. Им благоприятствовали солнечная радиация, плотная атмосфера, ионизация воды, вызываемая разрядами огромных молний. В конце архейской эры в морях появляются комочки белкового вещества, положившие начало всему живому на Земле. Они образуют карбосферу, существующую и в современных условиях (например, в жерлах вулканов). Битумы и многие другие органические вещества были обнаружены в газожидкостных включениях древних минералов магматического происхождения. Отложения известняка и графита архейской эры, которые могли образоваться лишь в результате деятельности живых организмов, свидетельствует об их существовании в то время.
В отложениях протерозоя мы
уже находим следы ползания червей,
отпечатки кишечнополостных, иглы губок,
раковины простейших—существ довольно
сложных в биологическом
Палеозойская эра началась
600 млн. лет тому назад.
Мезозойская эра – это эра средней жизни. Она названа так потому, что флора и фауна данной эры являются переходными между палеозойской и кайнозойской. В мезозойскую эру постепенно формируются современные очертания материков и океанов, современная морская фауна и флора. Подразделяется мезозойская эра на три периода: триасовый, юрский и меловой. Триасовый период получил свое название от того, что к его отложениям причисляют три разных комплекса пород: нижний – континентальный песчаник, средний – известняковый и верхний – нейпер. Наиболее характерными отложениями триасового периода являются: континентальные песчано-глинистые породы (нередко с линзами угля); морские известняки, глины –сланцы; лагунные ангидриты, соли, гипсы. В среднем триасе усилилась деятельность вулканов. Обмелевают внутриконтинентальиые моря, образуются многочисленные впадины. Сезонное изменение температур триасового периода начало оказывать заметное влияние на растения и животных. Двустворчатые моллюски, водоросли, морские ежи, морские звезды, губки жили между кораллами. Разрушаемые волнами, они образовывали грубозернистый или мелкозернистый песок, заполнявший все пустоты кораллов. Вымытый волнами из этих пустот, известковый ил откладывали в бухтах и лагунах. В конце триаса в связи с усилением вулканической деятельности часть известняковых отложений покрылась пеплом и лавами. Поднимавшийся из недр Земли пар принес с собой многие соединения, из которых образовались месторождения цветных металлов. С отложениями триасового периода связаны месторождения нефти, природных газов, бурого и каменного угля, железной и медной руд, каменной соли. Длился триасовый период 35 млн. лет.
Последний этап развития жизни на Земле известен под названием кайнозойской эры. Он продолжался около 65 млн. лет и имеет принципиальное значение, так как именно в это время из насекомоядных развились приматы, от которых происходит человек. В начале кайнозоя процессы альпийской складчатости достигают кульминационного пункта, в последующие эпохи земная поверхность постепенно приобретает современные очертания. Геологи подразделяют кайнозой на два периода: третичный и четвертичный. Из них первый гораздо продолжительней второго, зато второй - четвертичный - имеет ряд уникальных черт; это время ледниковых периодов и окончательного формирования современного лика Земли. Продолжительность третичного периода оценивается специалистами в 63 млн. лет; он подразделяется на пять эпох: палеоцен, эоцен, олигоцен, миоцен и плиоцен. Как и большинство других, этот период начался мощными тектоническими движениями, связанными с альпийской складчатостью. Одновременно с формированием новых горных с истем обширные области опустились под уровень моря и были поглощены волнами. Эта судьба постигла часть Европы до Среднерусской возвышенности, периферию Северной и Южной Америки, значительные территории Африки. В конце олигоцена на дневную поверхность выходят новые участки морского дна, вновь изменяются очертания морей и материков, приобретшие в итоге почти современный вид. В миоцене формируются новые горные гряды; Альпы, Пиренеи, Карпаты и Гималаи приобретают знакомый нам вид. Конец третичного периода не оставил четкого <водораздела> в осадочных породах. Характеристикой этого водораздела является изменение климатической обстановки - резкое похолодание и начало оледенения.
Ледниковый период начался по оценкам разных специалистов от 1,5 до 3,5 миллиона лет назад. (Чаще всего указывают среднюю дату - 2 млн лет назад). Геологи называют этот этап в истории планеты четвертичным периодом. А иногда его называют Антропоген, от греческого слова “антропос”, что означает “человек”.Это название появилось потому, что именно в этот период на Земле происходило становление человека.
29. Аллювиальные отложения.
Аллювиальные отложения - отложения, формирующиеся постоянными водными потоками в речных долинах. Гранулометрический и минеральный состав и структурно-текстурные особенности их сильно варьируют в зависимости от гидрологического режима рек, характера размываемых пород водосбора и геоморфологических условий. Различается аллювиал горных и равнинных рек. Для первого характерны: грубообломочный материал с преобладанием галечника, полимиктовый состав с очень непостоянным соотношением основных породообразующих компонентов, слабая сортировка материала, отсутствие четкой слоистости. Для аллювиала равнинных рек характерны: значительно более однородный минеральный состав, вплоть до олигомиктового, когда размываются осадочных пород, крупная косая слоистость, сменяющаяся в верхних горизонтах мелкой косой. В долинах рек вниз по течению крупность материала уменьшается и повышается степень сортировки песчаных осадков; одновременно может ухудшаться сортировка алевритовых и тонкопесчаных осадков, выпадающих из взвеси. Различают три основные фации аллювиала: русловую пойменную и старичную. Русловым аллювиала образованы отмети острова и косы. Они сложены хорошо промытым ритмично сортированным песчаным материалом с крупной косой слоистостью; в меженное время обычно перекрываются более тонким материалом (прослои заиления). Пойменные отложения формируются в половодья. Для них характерна меньшая сортировка песчано-алевритовых осадков со слоистостью ряби волнений и течений и текстурами взмучивания. Старичные отложения формируются в отмерших руслах рек и по своим особенностям весьма близки к озерным отложениям.
39. Основной закон фильтрации. Способы определения коэффициентафильтрации.
Основной закон фильтрации подземных вод. Современная теория движения подземных вод основывается на применении закона Дарси:
Q=kфF∆H/l= kфFI (1)
Где Q – расход воды или количество фильтрующей воды в единицу времени, м3/сут; kф – коэффициент фильтрации, м/сут; F – площадь поперечного сечения потока воды, м2; ∆H – разность напоров, м; I – длина пути фильтрации, м.
Выведено это выражение для пород с ламинарным (параллельно, струйчатым, без пульсации) характером движения подземных вод, которое имеет место в песках, песчаниках и других породах. Позднее Н.Н. Павловским, Т.Н. Каменским и Н.К. Гиринским доказана правомерность этого закона и для гравелистых пород, где скорости достигают 125 м/сут.
Эту скорость фильтрации
называют кажущейся, поскольку
расход потока отнесен ко всей
площади поперечного сечения
фильтрующей породы. Если принять
напорный градиент за единицу,
то коэффициент фильтрации
В глинистых породах, где много физически влаги, не участвующей в гравитационном движении воды и заполняющей поры, различают активную пористость (Пакт), показывающую какая часть сечения породы способна пропускать движущуюся воду
Пакт=П – WММВ . γск (2)
Где WММВ максимальная молекулярная влагоёмкость в долях единицы, γск - объемный вес скелета породы .
Расчетным путем коэффициент фильтрации определяется преимущественно для песков и гравелистых пород. Эти методы являются приближенными и рекомендуются на начальных этапах исследования. Для расчетов используют одну из многочисленных эмпирических формул, связывающих коэффициент фильтрации грунта с его гранулометрическим составом, пористостью степенью однородности
Лабораторные методы основаны
на изучении скорости движения воды через
образец грунта при различных
градиентах напора. Все приборы для
лабораторного определения
Принцип работы приборов: В цилиндрический сосуд с двумя боковыми пьезометрами П1 и П2 помещают испытуемый грунт, через него фильтруют воду под напором. Зная диаметр цилиндра F, напорный градиент (I = ΔH/L) и измеряя расход профильтровавшейся воды Q, находим коэффициент фильтрации по формуле:
kф = QL/F(h1-h2) (3)
Где h1 и h2 – показатели пьезометров; L – расстояние между точками их соединения.
Приборы, моделирующие постоянство
напорного градиента, т. е. установившееся
движение, применимы в основном для
грунтов с высокой
Приборы, моделирующие переменный
напор, характеризующий
Простота и дешевизна лабораторных методов позволяет широко их использовать для массовых определений коэффициента фильтрации.
Полевые методы позволяют определить коэффициент фильтрации в условиях естественного залегания пород и циркуляции подземных вод, что обеспечивает наиболее достоверные результаты.
Коэффициент фильтрации водоносных пород определяют с помощью откачек воды из скважин, а в случае неводоносных грунтов – методом налива воды в шурфы и нагнетанием воды в скважины.
49. Техногенные воздействия на геологическую среду при строительстве и эксплуатации железных дорог.
Железные дороги, непосредственно
вторгаясь в геологическую
Повышение уровня грунтовых вод и переувлажнение прилегающей территории с верховой стороны приводит к ее заболачиванию, а с низовой - к осушению.
При неблагоприятном сочетании
грунтовых условий названные
воздействия могут вызвать
При пересечении дорогой естественного стока особое внимание следует уделять планировке прилегающей территории с верховой стороны, обеспечивающей минимальный допустимый уклон для стока вод в зависимости от вида поверхности, а также их отводу и выпуску с низовой стороны по системе водоотводных и водопропускных сооружений, исключающих застаивание поверхностных вод. При невозможности обеспечения указанных условий насыпь или ее нижнюю часть следует устраивать из дренирующего грунта.
Большое влияние на гидрологический
режим местности оказывают
Для предотвращения негативного воздействия выемки трассу дороги следует располагать таким образом, чтобы количество выемок и их глубина были минимальными. Предпочтение следует отдавать проложению трассы по водоразделу.
Наиболее опасным проявлением процесса естественного сглаживания резких форм рельефа, возникающим при строительстве железных дорог, являются оползни. Оползни на дорогах происходят в «мокрых» выемках при устройстве насыпей на неустойчивых склонах, при подрезке аллювиального чехла на склонах из коренных пород и т.д.
Проектирование железных дорог на оползневых участках следует осуществлять в соответствии с комплексом требований, который включает в себя:
· обеспечение устойчивости откосов и склонов;
· сохранение и защиту геологической среды;
· согласование с ландшафтом;
· эстетические требования.
При проектирования земляного полотна в оползнеопасных районах с целью предотвращения возникновения или активизации оползневых процессов рекомендуется:
· не располагать высокие насыпи в верхней и средней частях оползневого склона, т.к. это связано со значительной его пригрузкой и снижением устойчивости.
· отдавать при проектировании предпочтение устройству насыпи в подошве оползневого массива, что оказывает положительное влияние на устойчивость и стабилизацию оползня;
· не допускать
устройства, выемок в нижней и средней
частях оползневого склона. При необходимости
устройства выемок в верхней части
оползневого склона следует уделять
повышенное внимание обеспечению устойчивости
откосов и низовой части
Для обеспечения устойчивости
земляного полотна и
Строительство железных дорог на закарстованных территориях нередко приводит к нарушению естественного природного равновесия и к активизации карстовых процессов. Непосредственной причиной этого может быть вырубка леса, снятие плодородного слоя почвы, устройство выемок, разработка карьеров и резервов, нарушение естественной системы поверхностного и подземного стока, изменение условий газообмена и др. К активизации карстовых процессов приводит концентрация поверхностного стока вдоль земляного полотна и у водопропускных сооружений, что вызывает повышение скорости фильтрации воды.
При проектировании железных дорог на закарстованных территориях необходимо оценить как устойчивость самой дорожной конструкции, так и стабильность карстовых полостей, являющихся одним из наиболее опасных геологических проявлений.
Применяемые методы оценки
устойчивости дорожной конструкции
на различных этапах проектно-изыскательских
работ зависят от полноты исходной
инженерно-геологической