Глава 1. Общие сведения о горных породах

1.1. Терминология, применяемая для описания горных пород

Ключевыми понятиями в определении термина «горная порода» является минерал и минеральный агрегат.

Минералом называется однородное по составу и строению химическое соединение или химический элемент, находящиеся в твердом агрегатом состоянии. Известно около двух тысяч минералов. Однако наибольшее народнохозяйственное значение представляют лишь несколько десятков минералов: кварц, магнетит, уголь, апатит, кальцит, доломит и др. В процессе формирования различные минералы могут прорастать друг в друга, образуя так называемые минеральные агрегаты. Минералы способны образовывать самостоятельные тела, например, алмаз, золото (в россыпных месторождениях), но в подавляющем большинстве случаев различные минералы образуют между собой механические связи. В этом случае говорят о горных породах.

Горной породой называется устойчивая по составу и строению ассоциация одного или нескольких минералов или минеральных агрегатов. Заметим, что впервые (1798 г.) в современном смысле этот термин употребил русский минералог и химик В.М. Севергин.

Если горная порода залегает в зоне выветривания, то с геологической точки зрения ее называют грунтом. Существует и другое определение грунта. Согласно ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация» грунтом являются горные породы, почвы, техногенные образования, представляющие собой многокомпонентную и многообразную геологическую систему и являющиеся объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека. Понятие «грунт» широко используется в проектной строительной документации. Однако это же понятие находит свое применение и в горном деле.

Приведем примеры горных пород:

• мономинеральные породы – доломит, известняк, каолинит, уголь и др.¹⁾;

• полиминеральные породы – железистый кварцит (ассоциация двух минералов – магнетита и кварца), гранит (ассоциация нескольких минералов – микроклина, полевого шпата, кварца и акцессорных минералов (минералов-включений) – рубина, апатита).

В свою очередь горные породы образуют массивы.

Массив горных пород - часть земной коры, представленная совокупностью горных пород, сформировавшихся в определенной геологической обстановке. При этом массив горных пород, подверженный разработке полезных ископаемых, называют породным массивом.

По характеру связей между минералами и минеральными агрегатами породы подразделяются на твердые (с жесткой кристаллической связью) и связные (с водно-коллоидной связью). Твердые породы по пределу прочности при одноосном сжатии (глава 6) в свою очередь подразделяются на скальные породы (предел прочности больше 30 МПа) и полускальные породы (предел прочности находится в диапазоне 5…30 МПа). Если связь между частицами отсутствует, то говорят о рыхлой горной породе в случае образования ее в результате естественных процессов, или о разрушенной горной породе в случае, когда первоначально твердая или связная порода была разрушена в результате какого-либо технологического процесса, например, взрыва.

Минералы и минеральные агрегаты в породе сохраняют свою индивидуальность, так как входят в нее в виде зерен. Каждая конкретная порода включает минеральные зерна определенной формы, размеров и характеризуется их взаимным пространственным положением и связями между ними. В этом случае говорят о строении горной породы. По типу строения горные породы подразделяют на породы:

• со статистическим типом строения, когда практически отсутствует ориентация минеральных зерен и имеет место их равномерное распределение;

• с матричным типом строения, когда отдельные минеральные зерна включены в однородную минеральную среду, например, стеклообразную среду;

• со слоистым типом строения, когда происходит чередование слоев различных минералов или слои минералов разделены плоскостями ослабления;

• с прожилковатым типом строения, когда минералы представлены в виде пучков, волокон, а пустоты – в виде каналов.

Если в породах со слоистым типом строения ярко выражены плоскости ослабления (породы легко раскалываются по этим плоскостям), то говорят о сланцеватости горных пород. Иногда сланцеватость отождествляют с кливажом. Кливаж – это расщепление горных пород на тонкие пластины. Явления кливажа наиболее четко выражены в глинистых сланцах, в которых толщина пластин достигает долей миллиметра, хуже – в известняках и песчаниках. Важную роль в явлении кливажа играет направленное сжатие горных пород, когда происходит перекристаллизация минералов, в результате чего минералы сплющиваются в плоскости сжатия. Кроме того, выделяют две характеристики строения пород: структуру и текстуру.

Структура – характеристика, определяющая форму, размеры и взаимные связи минералов минерального агрегата. В зависимости от расположения минералов в агрегате, их форме, размерам выделяют структуры однородные, зернистые (практически одинаковые размеры зерен и изометричная форма частиц), ориентированные (вытянутая в определенном направлении форма частиц), беспорядочные.

Т екстура – характеристика, определяющая взаимное расположение и пространственную ориентацию минеральных агрегатов. Наиболее важными являются текстуры: массивные, поровые и слоистые (сланцеватые). Благодаря текстуре порода приобретает ту или иную симметрию. В результате чего физическое свойство породы может быть либо постоянным в любом направлении (изотропная порода), либо зависеть от направления (анизотропная порода). Подробно вопрос симметрии пород рассматривается в главе 5. Представление о некоторых типах структур и текстур можно получить из рис. 1.1.

По своему назначению породы подразделяются следующим образом:

• руда, из которой выделяют минералы для производства металлов (например, магнетит для производства железа), неметаллические элементы (например, алмаз из кимберлита) и соединения (например, апатит для производства фосфорных удобрений);

• строительные материалы (скальные породы для производства щебня, известняк для производства цемента и др.);

• твердое минеральное топливо (каменный, бурый угли, антрацит, горючие сланцы).