ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
Все горные породы характеризуются определенными особенностями строения и физическими свойствами, которые отражают условия образования и изменения пород и наряду с составом играют важную роль в диагностике.
Цвет для определения горных пород не столь важен, как для определения минералов. Более существенным признаком, чем оттенок цвета, для пород служит интенсивность их окраски, т. е. тот факт, является ли данная порода темной (меланократовой), светлой (лейкократовой) или промежуточ-ной (мезократовой). Необходимо указывать количественное соотношение темноцветных (биотит, роговая обманка, пироксены, оливин и др.) и светлых (полевые шпаты, кварц, нефелин и др.) породообразующих минералов, что особенно важно для характеристики изверженных пород.
Блеск как диагностический признак характерен лишь для некоторых горных пород, преимущественно аморфных (стекловидных) или сланцеватых (богатых чешуйчатыми либо волокнистыми минералами). Но в этих сравнительно немногочисленных случаях такой характерный блеск, как смолистый, стеклянный, жирный, шелковистый, перламутровый, металловидный, алмазный, приобретает часто очень важное диагностическое значение.
Структурой горной породы (от лат. structura — строение, расположение) называется совокупность ее признаков, определяемых формой, размерами и взаимным расположением отдельных компонентов породы — минеральных зерен, участков стекла, обломков пород, фрагментов растительных тканей и т. п. В понятие структуры входят: степень кристалличности породы, размеры кристаллических зерен, их форма, способ сочетания друг с другом, характер их поверхности
Текстурой горной породы (от лат. textuva — ткань, сплетение) называется совокупность признаков, определяющих внешний облик породы, обусловленных особенностями расположения и соотношений между собой целых минеральных агрегатов. Таким образом, для определения структуры имеет значение характеристика отдельных зерен, а для определения текстуры — минеральных агрегатов, слагающих отдельные участки породы.
Главными структурами магматических пород являются: тонко-, мелко-, средне-, крупно- и гигантозернистая (см. рис. 87); равномерно- и неравномернозернистая; порфировидная (с крупными вкрапленниками — порфировыми выделениями, погруженными в более мелкозернистую основную массу, см. рис. 88); стекловатая (см. рис. 85), порфировая (с вкрапленниками минералов, погруженными в не полностью раскристаллизованную, содержащую стекло основную массу; см. рис. 87) и, в частности, витрофировая (вкрапленники находятся в вулканическом стекле; см. рис. 89); фелъзитовая (скрьггозернистая), представляющая начальную стадию расстеклования кислых излившихся пород и т. д. В отличие от порфировой структуры афировой называется структура эффузивных или жильных пород, лишенных вкрапленников. Афанитовой называется структура пород, в которых зерна невооруженным глазом неразличимы (микрозернистая или скрытокристаллическая структура).
Из особых структур отметим пегматитовую, или письменную (графическую), характерную для своеобразных кварцево-поле- вошпатовых прорастаний в гранитных пегматитах (см. рис. 84). Весьма характерны также офитовая и диабазовая структуры, типичные для излившихся и гипабиссальных интрузивных пород основного состава (базальтов, диабазов и др.).
Среди структур метаморфических пород, связанных с процессами перекристаллизации вещества (группа бластовых или бластических структур), отмечаются: гранобластовая (с преобладающей изометричной формой зерен минералов), лепидобла- стовая (с пластинчатой или чешуйчатой формой большинства зерен), нематобластовая (с шестоватой, столбчатой формой зерен), фибробластовая (с волокнистой, игольчатой формой зерен), порфиробластовая (с крупными выделениями новообра-зованных минералов в основной ткани породы). В порфиро- видных, порфировых и порфиробластовых породах приходится раздельно характеризовать вкрапленники (порфировые выделения или порфиробласты) и основную массу породы.
Структуры осадочных пород чрезвычайно разнообразны; они будут по мере необходимости указываться при описании отдельных разновидностей и групп пород.
Среди текстур горных пород ведущее значение имеют массивная (однородная), параллельная (слоистая, сланцеватая и др.), флюидальпая (со следами течения в стекловатых вулканических породах, см. рис. 89) и группа такситовых текстур (с неравномерным, неправильным, расположением участков различной структуры). Для эффузивных пород отмечаются такие своеобразные текстуры, как шлаковая, пузыристая, миндалекаменная (см. рис. 81), перлитовая и др. (см. описание излившихся пород).
Большинству метаморфических пород свойственны сланцеватость (сланцеватая текстура), обусловленная параллельной ориентировкой пластинчатых и чешуйчатых выделений минералов; полосатая (полосчатая) текстура (см. рис. 96), выраженная в чередовании полос различного состава и (или) структуры, и плойчатая текстура, связанная с развитием весьма мелких складок и гофрировки поверхностей сланцеватости. Специфическими текстурами метаморфических пород являются узловатая и очковая текстуры, определяемые присутствием относительно крупных округлых или линзовидных включений минералов и их агрегатов в сланцеватой основной ткани.
Степень однородности сложения пород имеет большое значение для их диагностики. Текстуры и структуры горных пород определяются отчасти макроскопически (на глаз), но значительная их часть, особенно это касается структур, устанавливается только под микроскопом.
Прочность. По этому признаку породы разделяются на следующие категории:
1) рыхлые, сыпучие-, легко распадаются на слагающие их частицы и растираются между пальцами. При ударе тупым концом молотка в них образуется значительное углубление;
2) слабо связанные, уплотненные породы; разламываются руками, частично растираются пальцами. При ударе тупым концом молотка в них образуется незначительное углубление;
3) прочно связанные (каменистые) породы; не разламываются руками. Заметное углубление образуется при ударе лишь обт- рым концом молотка или не образуется вовсе. Среди последней
категории различают также вязкие и хрупкие породы. Первые раскалываются молотком вообще с большим трудом, вторые разлетаются на мелкие осколки.
Твердость горных пород определяется твердостью главных породообразующих минералов. Для целей диагностики достаточно различать породы низкой твердости — чертятся ^
ногтем: средней твердости — чертятся ножом или стальной иглой; твердые — нож и игла царапины не оставляют, кварц оставляет царапину; весьма твердые — кварц не оставляет царапины или весьма слабо чертит породу.
Плотность горных пород. Следует различать тяжелые (с объемным весом порядка 2,9—3,0 и выше), средние (с объемным весом 1,5-2,9) и легкие (объемный вес менее 1,5) породы.
Отдельность — это способность горных пород раз-биваться по трещинам по определенным вполне закономерным направлениям с образованием кусков (блоков) характерной формы. У осадочных пород трещины отдельности обычно совпадают с напластованием (пластовая отдельность) или перпендикулярны ей. У метаморфических пород отдельность чаще всего параллельна сланцеватости. Для излившихся пород характерна контракционная столбчатая отдельность, перпендикулярная поверхности лавовых потоков или покровов (например, замечательная шестигранно-призматическая отдельность базальтов), а также глыбовая отдельность. Реже наблюдается ' концентрически-скорлуповатая шаровая (подушечная) отдельность, характерная для некоторых излившихся пород (диабазо-спилито-кератофировая ассоциация).
Интрузивные породы, как правило, также обладают конт- ракционной отдельностью, образующейся в результате сокра-. щения объема интрузивных тел при охлаждении. Эта отдельность, параллельная поверхности кровли интрузивных тел, бывает матрацееидной, параллелепипедалъной или плитооб- разной.
Таким образом, характер отдельности горных пород тесно связан с условиями их формирования.
ФОРМЫ ЗАЛЕГАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
Формы залегания магматических горных пород существенно различаются для пород, образовавшихся на некоторой глубине (;интрузивных), и пород, излившихся на поверхность (эффузивных).
Формы залегания интрузивных пород (фиг. 14):
1. Согласные инъекции (инъекции по плоскостям наслоения осадочных пород).
Пластовбразные интрузивные залежи, или силлы (фиг. 14, А). Силлы встречаются в толщах не только осадочных, но и вулканических пород, которые на контакте с ними изменены (отличие от вулканических покровов).
Лакколиты отличаются каравае- или чечевицеобразной формой, т. е. утолщением в средней части, ведущим к вспучиванию пород кровли (фиг. 14, Б). Они формируются среди горизонтально залегающих осадочных пород. Предполагается, что лакколиты, как и силлы, имеют подводящий канал, соединяющий их с большим питающим магматическим очагом.
Факолиты — это лакколитообразные тела, образующиеся в результате инъекции магмы в межпластовые полости, возникающие в процессе смятия осадочных толщ в складки, и притом выпуклые вверх (фиг. 14, В).
Лополиты — аналох'ичные тела, но вогнутые сверху, подобно блюдцу или чаше (фиг. 14, Г).
2. Несогласные инъекции (прорывающие слои осадочных или метаморфических пород).
Дайки и жилы — тела, заполняющие трещины в толще горных пород и характеризующиеся значительным превышением длины над толщиной (мощностью). Первые характеризуются параллельными контактами, иногда коленообразными изгибами (фиг. 14, Д), нередко большой протяженностью (порядка нескольких километров и более), вторые отличаются менее выдержанной мощностью в связи с изгибами контактовых поверхностей (фиг. 14, Е) и более ограниченной протяженностью.
Жерловины или некки — трубообразные тела заполнения корневых частей каналов вулканов (фиг. 14, Ж).
Кольцевые или конусовидные тела (фиг. 14, 3) — жилы или дайки, образующиеся в результате заполнения магмой кольце-
Фиг. 14. Формы залегания интрузивных горных пород
А — пластообразные интрузивные залежи (силлы), Б — лакколит, В — факолиты, Г — лополит, Д — дайки, Е — жилы, Ж — жерловпна (некк), 3— кольцевая ,-кила, И — шток, К — батолит. 1 — вмещающие породы (сланцы и песчаники), 2 — интрузивные породы, 3 — гранитоиды
вых трещин, которые приоткрываются в связи с местными опусканиями (провалами) участков земной коры.
Гарполиты — тела, имеющие в разрезе форму серпа.
Акмолиты представляют собой наклонно залегающие тела, имеющие висячий и лежачий бока и линзовидную форму как в плане, так и в разрезе (т. е. ограниченную протяженность на глубину).
Штоки — неправильные, но в общем изометричные в плане магматические тела небольших размеров (менее 100 км2), но круто падающие и вытянутые на глубину (фиг. 14, И).
Батолит — это крупное магматическое тело главным образом гранитного состава, уходящее на большие глубины (фиг. 14, К). Гранитные батолиты обнажаются на поверхности в районах развития сложно перемятых, преимущественно метаморфических, толщ. Образование их связано с интенсивным усвоением и переплавлением вмещающих пород.
Формы залегания эффузивных пород:
1. Трещинные излияния: дайки, покровы и потоки застывшей лавы.
Покровами называют обширные массы излившихся пород, занимающие большую площадь и обладающие значительной толщиной (мощностью) при преимущественно горизонтальном залегании. Покровы являются следствием массовых трещинных излияний первоначально весьма жидкой лавы либо результатом слияния нескольких длинных и относительно узких лавовых потоков. Сравнительно мелкие линейно вытянутые покровы называются потоками.
2. Центральные извержения: жерловины, некки (см. выше), купола, иглы.
Купола — это небольшие массивы эффузивных пород, возвышающиеся в виде купола над вулканическим каналом, характерные формы извержения первично вязких лав.
Иглы — остроконечные, конусовидные или обелископодоб- ные выступы излившихся пород аналогичного происхождения.
Осадочные породы залегают обычно в виде слоев, которые можно наблюдать в прибрежных обрывах и скалах, стенках карьеров, дорожных выемок; иногда слои видны и в больших образцах.
Относительно однородные слои различной мощности отличаются по минеральному составу, размеру, количественным соотношениям и характеру распределения минеральных зерен или' органических остатков, а часто и по окраске. Переходы от одного слоя к другому могут быть как резкими, так и постепенными.
Залегание не в форме слоев свойственно весьма ограниченному числу разновидностей осадочных пород. Так, среди песков иногда встречаются отдельные линзы весьма крепкого песчаника, в пластах известняков — желваки, лйнзы или неправильные по форме стяжения кремня. Форму желваков приобретают фосфориты и некоторые железистые породы. Каменная соль в некоторых местах образует куполовидные тела, изометричные в плане. Рифовые известняки имеют массивное сложение, лишены слоистости, слагают гребни, валы, крупные линзы.
Форма залегания метаморфических пород обычно унаследована от тех осадочных или магматических пород, по которым они образовались. Метаморфические парапороды наследуют слоистое сложение, которое в них проявляется в закономерном послойном изменении минерального состава и структуры. В отличие от осадочных толщ слои в метаморфических породах крайне редко залегают горизонтально. Обычно породы смяты в складки, смещены вдоль разрывных нарушений, местами раздроблены.
Метаморфические ортопороды представлены пересекающими слоистость вмещающих пород телами неправильной, жило- или линзообразной формы, штоками, дайками или согласными залежами и покровами. Природа этих метаморфических пород часто выявляется с трудом, лишь с применением детальных геологических исследований.
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ КАК ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ
Горные породы прочно вошли в практическую деятельность человека с глубокой древности — с момента, когда он научился обтесывать камень для примитивного орудия или для постройки жилища. На протяжении веков человек открывал все новые и новые ценные свойства природного камня. Прежде всего это коснулось самых распространенных типов горных пород — глины, песка и податливых на обработку известняка и туфа, которые постепенно стали основой строительства.
Новые строительные материалы, используемые ныне,— стекло, цемент, бетон, строительная керамика — это также переработанные горные породы: кварцевые пески, кварциты, -пегматиты, глины, известняки, мергель, гравий и т. д. Украшением фасадов зданий и их внутренних помещений служит облицовка из полированного гранита, габбро, лабрадорита, мрамора, кварцита.
Такие горные породы, как нефть, уголь, торф, горючие сланцы, представляют собой основу топливно-энергетических ресурсов человечества. Горными породами являются и некоторые руды черной и цветной металлургии (железистые кварциты, медистые песчаники, бокситы и др.). В металлургии широко применяются известняки и доломиты, огнеупорные глины, магнезиты, форстеритовые породы и кварциты. Химическая н пищевая промышленность используют каменную соль, диатомит, трепел и опоку. Различные отрасли обрабатывающей и легкой промышленности являются постоянными потребителями кремнистых горных пород, пемзы, некоторых видов глин, известняков и т. д. Фосфориты, глауконитовые породы, калийные соли представляют собой наиболее важные агрономические РУДЫ.
ОПИСАНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД
Предварительные замечания. Справочник содержит описание главнейших типов горных пород, распространенных в СССР. В то же время круг рассматриваемых пород ограничен теми из них, определение которых не требует применения оптических методов и может быть осуществлено при внимательном наблюдении визуально.
В конце книги приведен алфавитный указатель названий горных пород.
Для удобства пользования справочником описание пород выполнено по единому плану:
Название породы (происхождение названия, если термин имеет нерусский корень; синонимы).
Характерные признаки (структура, текстура, минеральный состав, физические свойства). Разновидности.
Условия образования и нахождения (залегание, происхождение, изменение, распространение).
Диагностика.
Практическое значение.
