Тема 3

Гірські породи

 

3.1. Загальні відомості про гірські породи та їх класифікація

Гірські породи – природні мінеральні агрегати, що складають земну кору. Назва «гірські породи» –- умовна й поширюється на всі породи земної кори, незалежно від місця їх знаходження (гори, рівнини і т.ін.).

Гірські породи звичайно складаються з декількох мінералів (наприклад, граніт – із кварцу, польових шпатів, слюди та ін.), рідше – з одного мінералу (вапняк з кальциту). Перші називаються полімінеральними гірськими породами, другі – мономінеральними.

На сьогодні відомо понад 1000 видів різних гірських порід. Галузь геології, що вивчає склад, будову й умови залягання гірських порід, називається петрографією.

За походженням (генезисом) гірські породи поділяють на три типи: магматичні, осадові й метаморфічні. В свою чергу зазначені типи діляться на групи за умовами їх залягання в земній корі (рис. 3.1). Генезис і умови залягання багато в чому визначають склад і властивості гірських порід. Тому генетична класифікація гірських порід має велике значення при їх інженерно-геологічній і будівельній оцінці.

 

Рис. 3.1. Класифікація гірських порід за походженням та умовами залягання в земній корі

 

Поверхня Земля на 75 % складена осадовими гірськими породами й на 25% магматичними й метаморфічними (в основному вони розвинені в гірських районах). Основну ж масу всієї земної кори становлять магматичні гірські породи (близько 95 % її маси).

 

3.2. Магматичні гірські породи

Походження й класифікація. Магматичні гірські породи утворюються в результаті застигання й кристалізації розплавленої магми при входженні її в земну кору (глибинні або інтрузивні гірські породи) або при виливі на поверхню в процесі вулканічної діяльності (наземні або ефузивні гірські породи).

Магма являє собою вогненно-рідкий силікатний розплав, що утворюється в глибинних зонах Землі. У її складі Si2, A12O3, Fe2O3, CaО та інші компоненти, водяні розчини, пари води й гази. Застигаючи, магма залежно від складу, а також від температури й тиску утворює різноманітні мінерали й гірські породи. При класифікації магматичних гірських порід враховується їх хімічний та мінеральний склад. Залежно від вмісту кремнезему (Si2) виділяють чотири групи магматичних порід: кислі, середні, основні та ультраосновні (табл. 3.1). Кожній глибинній магматичній породі відповідає аналог, що вилився на поверхню, з таким же хімічним складом. Зі зменшенням вмісту кремнезему (Si2) у глибинних породах збільшується вміст темноколірних мінералів, вони темніють, стають щільнішими, температура плавлення знижується.

 

Таблиця 3.1

Класифікація магматичних порід

 

Магматичні глибинні (інтрузивні) породи.

До цього типу відносяться граніт, діорит, сієніт, габро й інші гірські породи. Утворюються вони при застиганні магми на глибині. Магма із глибинних зон земної кори й підкіркових мас рухається нагору по зонах тектонічних порушень (розломів). Не досягаючи поверхні землі, вона входить в товщу гірських порід і поступово твердіє. Взаємодіючи з гірськими породами, магма переплавляє їх, частково асимілює й збагачує привнесеними елементами. Так утворюються глибинні (інтрузивні) гірські породи різних типів і розмірів.

Форми залягання. Глибинні (інтрузивні) породи залягають у вигляді батолітів, лаколітів, штоків, жилок (дайок) та ін.

Батоліти – являють собою величезні (до багатьох сотень квадратних кілометрів) магматичні утворення, що йдуть углиб широкою основою. Лаколіти – інтрузивні тіла розміром від 0,2 до декількох кілометрів, що розсовують і піднімають породи, що вміщають, у вигляді зводу. Типовими лаколітами, що вийшли на поверхню землі, є гори Машук, Бештау на Кавказі, гора Аю-Даг у Криму та ін. Штоки – магматичні тіла, що йдуть у надра Землі у вигляді гігантських кам'яних стовпів. При заповненні тектонічних тріщин магматичним розплавом утворюються жили. Якщо вони січуть шари гірських порід близько до вертикалі, їх називають дайками.

Структура глибинних порід (граніт, габро й ін.) завжди повнокристалічна (зерниста), що пов'язано з оптимальними умовами кристалізації (повільне остигання). Залежно від величини зерен мінералів розрізняють породи грубозернисті (> 5 мм), средньозернисті (1-5 мм) і дрібнозернисті (< 1 мм). Найбільшою міцністю володіють дрібнозернисті породи.

Текстура глибинних порід у більшості випадків масивна (однорідна, компактна). При остиганні магми часто утворяться тріщини - виокремлення. Наприклад, для гранітів характерна глибове або матрацеподібне виокремлення.

Наявність в інтрузивних тілах блоків різної форми, тобто виокремлень, багато в чому визначає їхню підвищену водопроникність і знижує стійкість в укосах. Крім тріщин - виокремлень у магматичних глибинних породах можуть бути також тектонічні тріщини й розломи, тріщини вивітрювання й інші види тріщинуватості.

Нижче приводиться коротка характеристика найголовніших представників глибинних магматичних порід.

Граніт – досить міцна повнокристалічна порода. Колір – червоний з темними відтінками, сірий, рожевий. Складається з польових шпатів (40-60%), кварцу (20-40%), слюди, рогової обманки й інших мінералів. Граніти залягають у вигляді батолітів і штоків і часто розбиті тріщинами.

Граніти морозостійкі, міцні й добре обробляються, тому вони мають широке застосування в будівництві.

Сієніт – безкварцевий різновид граніту. Колір сірий, темно-сірий і червонуватий. Складається з польових шпатів і темноколірних мінералів – рогової обманки, авгіту, рідше біотиту. Форми залягання – штоки й жили. По зовнішньому вигляді й будівельних властивостях близький до граніту.

Габро – повнокристалічна масивна порода темного (до чорного) кольору. Складається з польових шпатів і темних мінералів (авгіт і ін.). Залягає у вигляді лаколітів, штоків і пластових залягань. Прекрасним лицювальним каменем є лабрадорит – різновид габро, складена мінералом лабрадором.

Магматичні наземні (ефузивні) породи.

До наземних порід відносяться базальт, діабаз, ліпарит, вулканічний туф і ін. Утворюються вони при остиганні лави, тобто магми, що вилилась на поверхню землі в процесі вулканічних вивержень або тріщинуватих виливів (у тому числі на дні океанів).

Температура розплавленої лави досягає 1100–1200°С. Швидко остигаючи на поверхні землі, вона не встигає повністю кристалізуватися, як це спостерігається у випадку повільного остигання магми на глибині. Вилив лави часто супроводжується викидом з вулканів твердих продуктів - бомб, піску, попелу, а також виділенням газів і водяних парів.

Форми залягання порід, що вилилися, досить одноманітні. Розрізняють: 1) вулканічні куполи – затверділу магму при її виливі на поверхню; 2) потоки – витягнуті в одному напрямку магматичні тіла довжиною до 10 км; 3) покриви – текучі лави, що поширилися в усі сторони під час вулканічних вивержень. Відомі грандіозні лавові покриви на Сибірській платформі, в Індії, Ісландії й в інших районах світу. Майже половина площі Вірменії складена андезито-базальтовим лавовим покривом потужністю до 50–70 м.

Структура порід, що вилилися, різко відрізняється від структури глибинних порід. Швидке остигання в умовах низького тиску сприяє формуванню в порід, що вилилися, структур – прихованокристалічних (окремі мінерали видно тільки під мікроскопом), напівкристалічних і склоподібних (суцільна аморфна маса). Виділяють ще порфірову й порфіроподібну структури (на тлі прихованокристалічної маси видно великі кристали – вкраплення. Породи з порфіровою, порфіроподібною та склоподібною структурами менш міцні, ніж зі прихованокристалічною структурою.

Серед текстур у породах, що вилилися, розрізняють масивні, пористі, шлакові й мигдалеподібні.

Як і глибинні, наземні магматичні породи піддаються тріщиноутворенню. При застиганні лави в них утворюються вертикальні й горизонтальні тріщини, які розділяють всю її масу на виокремлення різної форми. До числа найголовніших представників ефузивних порід відноситься базальт. Це вулканічний аналог габро чорний або темно-сірий кольори. Структура приховано- і дрібнокристалічна. Базальти досить міцні й стійкі до вивітрювання. Часто утворюють характерні стовпчасті виокремлення. Широко використовується як дорожній і будівельний камінь.

Діабаз, як і базальт, є вулканічним аналогом габро й за мінеральним складом близький до нього. Колір від темно-зеленого до чорного. Структура прихованокристалічна, рідше порфірова. Текстура масивна. Відрізняється високою міцністю, морозостійкістю. Здатний добре оброблятися.

Ліпарит і кварцовий порфір – вулканічні аналоги гранітів. Колір світлий, рожевий. Структура порфірова, основна маса склоподібна. Текстура масивна. Використовуються як бутовий камінь, щебені для бетонів.

Вулканічний туф утворився при осіданні вулканічного попелу, піску, бомб і інших продуктів вивержень, згодом ущільнених і зцементованих. Розрізняють великоуламкові туфи або туфобрекчії, дрібноуламкові – туфопіщаники й склоподібні вулканічні туфи. Широко використовується в промисловості будівельних матеріалів, прекрасний стіновий та лицювальний камінь.

Магматичні гірські породи в будівництві. Будівельні властивості магматичних глибинних і наземних порід у цілому досить високі. Вони не розчиняються у воді, водопроникні тільки по тріщинах і, як правило, мають високу міцність і щільність. Міцність магматичних порід у багато разів перевершує навантаження навіть від найважчих і відповідальних споруд. Найбільшою міцністю володіють базальти, діабази, діорити й граніти.

 

3.3. Осадові гірські породи

Походження. Осадові гірські породи (пісок, глина, вапняк, крейда та ін.) на відміну від магматичних є вторинними. Утворюються вони за рахунок руйнування (вивітрювання) інших раніше існуючих гірських порід і наступного перевідкладення продуктів руйнування різними способами. В утворенні багатьох осадових порід досить істотна роль рослинних і тваринних мікроорганізмів, а також солей, що випадають із водних розчинів мілководних басейнів.

У формуванні осадових порід звичайно виділяють наступні стадії: 1) фізичне й хімічне руйнування та розкладання (вивітрювання) вихідних гірських порід; 2) перенос (транспортування) водою, вітром, льодовиками й т.ін. продуктів руйнування; 3) осідання й поступове нагромадження речовини (седиментогенез); 4) перетворення пухкого осаду в породу (діагенез) і 5) цементація порід у результаті різних фізико-хімічних процесів.

Сукупність і послідовність цих стадій, за М. М. Страховим, називаються літогенезом. Особливо наочно вони прослідковуються при формуванні озерних, морських і річкових відкладів.

Таким чином, на відміну від магматичних гірських порід, що виникають у результаті ендогенних (внутрішніх) процесів, осадові породи утворюються під дією екзогенних (зовнішніх) процесів, що безупинно руйнують і творять поверхневу частину Землі. Переривчастим чохлом вони покривають практично всю земну поверхню, а тому найбільш часто служать основою різних інженерних споруд.

Характерні риси осадових порід. У першу чергу це шаруватість і наявність у породах залишків тваринних і рослинних організмів. Своєрідні також мінеральний склад і текстурно-структурні особливості осадових порід, що відбивають специфічні умови їхнього утворення.

Для осадових порід характерна різка мінливість їхнього складу й властивостей, що викликає досить неоднозначну оцінку їх поводження в якості основ, матеріалів для відсипання насипів або середовища споруд. Всі ці генетичні особливості осадових порід, обумовлені стадіями літогенезу, істотно відрізняють їх від порід іншого походження.

Розглянемо відмінні риси осадових порід докладніше.

Шаруватість – виникає внаслідок зміни умов осадконакопичення й проявляється в чергуванні шарів різного складу, будови, фарбування й потужності (товщини). Наявність шаруватості – найважливіша ознака осадових порід.

Шар, однорідний за складом на всьому його протязі й обмежений більш-менш паралельними поверхнями, називають пластом. Верхня границя шару називається покрівлею, нижня – підошвою, відстань по перпендикулярі між ними – потужністю шару. Група шарів (пластів) утворить товщу. Тонкий шар невеликої протяжності, що залягає серед могутніших шарів, називають прошарком (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Особливості залягання осадових порід: 1 – лінза; 2 – виклинювання; 3 – перетяг шару;4 – прошарок

 

На рис. 3.2 зображені й деякі інші форми залягання шарів – лінза, перетяг, виклинювальний шар. Інженерно-геологічне значення цих форм полягає в тому, що під навантаженням вони можуть викликати нерівномірну стискальність всієї товщі порід або її зсув, а отже, і нерівномірне осідання й деформацію будинків і споруд.

Шари порід можуть залягати згідно (поверхні нашарування паралельні), або незгідно (поверхні нашарування перетинаються). Розрізняють наступні напластування гірських порід: однорідне, шарувате й складне, тобто коли шари залягають лінзоподібно, виклинюються або мають незгідне залягання.

Наявність органічних залишків (кісткові частини організмів у вигляді скам'янілостей) і рослинних у вигляді відбитків, досить характерно для осадових порід. Деякі породи практично цілком складаються з органічних або рослинних залишків ( вапняк-черепашник, крейда, торф і ін.).

Мінеральний склад осадових порід характеризується наявністю уламків інших гірських порід (це характерно для осадових уламкових порід), а також присутністю первинних мінералів (польові шпати, кварц, слюда й ін.) і вторинних, які утворилися при формуванні самої осадової породи (гіпс, кальцит, глинисті мінерали й ін.).

Структури осадових порід визначаються розмірами й формою складових їх уламків (зцементовані осадові уламкові породи), розмірами кристалів і ступенем їх кристалізації, а також розмірами й формою органічних залишків (хемогенні й органогенні породи). Найрізноманітніші типи структур характерні для пухких уламкових порід (глини, піски й ін.).

Текстури осадових порід тісно пов'язані з умовами їхнього утворення. Найбільший розвиток мають масивні й шаруваті текстури.

Класифікація осадових порід. За походженням (генезисом) і умовами залягання в земній корі осадові породи звичайно підрозділяють на три групи: 1) уламкові; 2) хемогенні й 3) органогенні (рис. 3.1). Розподіл цей досить умовний, тому що багато осадових порід мають змішане походження, наприклад, мергель містить як уламковий (глинистий), так і хімічний матеріал (карбонати).

Уламкові гірські породи.

До групи уламкових відносять породи, які складаються з уламків (часток) різної величини й різного складу. Утворяться вони шляхом накопичення продуктів руйнування інших гірських порід, привнесених до місця накопичення водою, вітром, льодовиками або під дією сили ваги. За характером структурних зв'язків між окремими уламками їх підрозділяють на пухкі й зцементовані уламкові породи.

Пухкі уламкові породи. До цієї групи відносять великоуламкові, піщані й глинисті породи.

Великоуламкові породи містять більше 50% уламків крупніше 0,2 см. Залежно від розміру уламків їх поділяють на:

·  валуни (при перевазі необкатаних граней – брили)   > 20 см;

·  галька (при необкатаних гранях – щебінь) 1–20 см;

·  гравій (при необкатаних гранях – дресва) 0,2 – 1,0 см.

У природних умовах часто зустрічаються породи змішаного складу: гравійно-галькові, щебенисто-дресвяні і т.д. При інженерно-геологічній оцінці великоуламкових порід важливе значення має характер заповнювача: глинистий, піщаний і ін.

Наприклад, збільшення вмісту глинистого заповнювача у валунно-галькових відкладеннях усього лише на 3-5% знижує їхня водопроникність у десятки разів.

Піщані породи складаються із зерен розміром 2-0,05 мм. За мінеральним складом в пісках звичайно переважає кварц, у значно меншій кількості присутні польові шпати, слюди, кальцит і інші мінерали.

Піски мають широке поширення. За походженням (генезисом) серед них виділяють морські, еолові, річкові (алювіальні), озерні, водно-льодовикові й інші типи піщаних відкладів.

Глинисті породи складаються з піщаних часток (2–0,05 мм), пилуватих (0,05–0,005 мм) і глинистих (< 0,005 мм). Залежно від вмісту глинистих часток серед них розрізняють наступні породи: супіски, суглинки й глини. Кількісне співвідношення піщаних, пилуватих і глинистих часток визначає їх різновид: легкі, середні, важкі й пилуваті. Потужність глинистих відкладів коливається від декількох сантиметрів до декількох сотень метрів.

Колір глинистих порід залежно від домішок різний, переважають червоно-бурі, сірі й жовто-бурі тони.

Глинисті породи утворюються в результаті переносу й осідання продуктів вивітрювання (руйнування) різних порід. За генезисом вони можуть бути річковими, морськими, озерними й т.д. У мінеральному складі глинистих порід переважають глинисті мінерали – каолініт, гідрослюда, монтморилоніт, які надають їм специфічні властивості: пластичність, зв’язність, липкість, набухання та ін. Крім того, у глинистих породах містяться кварц, польові шпати, слюди й інші мінерали.

Для глинистих порід характерна сильна мінливість їхнього складу, стану й властивостей. Це вимагає їхнього детального вивчення, враховуючи, що глинисті породи досить часто є основами будинків і споруд.

Зцементовані уламкові породи (піщаники й ін.). Утворюються при скріпленні уламків природним цементом, що виділяється з підземних вод, а також при зануренні пухких уламкових порід у глибинні зони земної кори.

Величезне значення при будівельній оцінці зцементованих уламкових порід має тип природного цементу. Найбільш міцні породи на кремнеземистому цементі, менш міцні на залізистому й карбонатному цементі і найменш міцні на глинистому. Досліджується також характер цементації уламків. Він може бути базальним, коли уламки занурені в цемент і не стикаються між собою, контактним і поровим. Найбільш міцні породи з базальним цементом.

До зцементованих уламкових порід відносять піщаник, конгломерат, брекчію, аргіліт і алевроліт.

Піщаник – являє собою зцементований пісок. Має дуже широке поширення. Колір звичайно сірий або бурий. Досить різноманітний за складом, будовою й властивостями. Будівельні властивості піщаників багато в чому залежать від складу природного цементу, ступеня вивітрювання й тріщинуватості. Піщаник широко використовується в будівництві (щебені, дорожні покриття, лицювальний камінь і ін.).

Конгломерат - зцементовані галька і гравій із домішками піску. Потужні товщі конгломератів утворилися в епохи горотворення (орогенезу). Структурні зв'язки між уламками в конгломератах – тверді кристалізаційні. При розробці будівельних котлованів звичайно тримають стійкі вертикальні укоси. Найбільшою міцністю володіють конгломерати із кремнеземистим цементом.

Брекчія відрізняється від конгломерату гострими кутами уламків (брили, щебені, дресва). Брекчія на кремнеземистому цементі – це високоміцна порода, стійка до вивітрювання й малостискувальна.

Аргіліт – тверда порода, що утворилася при зневоднюванні, ущільненні й цементації піщано-пилуватих і глинистих порід.

Характерні схована шаруватість і анізотропність властивостей, не розмокає у воді.

Алевроліт – отверділі пилуваті породи, з переважним розміром зерен 0,01–0,1 мм. Часто перешаровуються із глинами й піщаниками. Мають шарувату текстуру. Здатні до швидкого вивітрювання.

Хемогенні породи.

Хемогенні (хімічні) породи утворюються в мілководних басейнах при випаданні солей з водних розчинів. Звичайно це відбувається при підвищенні їх концентрації або зміні температури. Хемогенна порода може утворитися й при виході на поверхню мінералізованих водних джерел (вапняний туф).

До хемогенних порід відносяться карбонатні породи (вапняки, доломіти, мергелі, вапняний туф), сульфатні (гіпс, ангідрит) і галоїдні (кам'яна сіль).

Характерна риса хемогенних порід – розчинність у воді.

Вапняк – найпоширеніша кам'яна порода , що складається з одного мінералу кальциту (СаСО3).

При збільшенні вмісту глинистих домішок (більше 30%) вапняк переходить у мергель. Колір вапняків білий, сірий. Вапняк утворює як потужні до десятків і навіть сотень метрів товщі, так і невеликі прошарки або тіла неправильної форми. Знаходить досить широке застосування в будівництві (лицювальні плити, фундаментний камінь, портландцемент, щебені, вапно й ін.).

Доломіт – широко розповсюджена порода, що складається з мінералу доломіту CaMg[CO3]2. Звичайно це дрібно- і средньозерниста порода, жовтувато-білого кольору, рідше червонуватого. Містить домішки: кальцит, оксиди заліза, гіпс і ін. Менш розчинний у воді, ніж вапняк і трохи твердіше його. Застосовується як будівельний камінь, а також для одержання вогнетривів і магнезіального цементу.

Значний розвиток серед хемогенних порід мають також породи-солі: гіпс – незначної твердості мономінеральна порода білого або сірого кольорів, ангідрит – обезводнений різновид гіпсу й кам'яна сіль, що складається з мінералу галіту. Породи-солі утворюють значні товщі, мають монолітну будову й практично позбавлені тріщин.

Характерна риса цих порід – легка розчинність у воді, що обумовлює розвиток (як і у вапняках) небезпечного для будівництва геологічного процесу – карсту.

Органогенні (органічні) породи.

Утворюються на дні глибоководних басейнів у результаті накопичення й перетворення відмерлих рослинних і тварин організмів. До органогенних порід відносяться крейда, вапняк-черепашник, діатоміт, опока, трепел і інші породи.

Крейда – біла слабозцементована порода, що складається із дрібних часток скелетів морських водоростей, одноклітинних тварин і тонкозернистого кальциту. У сухому стані крейда досить міцна, у водонасиченому – стає м'якою. Через велику вологоємність має малу морозостійкість.

Вапняк-черепашник складається з добре помітних раковин молюсків або їх уламків. Від вапняку хемогенного походження відрізняється більш низькою щільністю й високою пористістю. Великий вплив на його властивості роблять вторинні зміни (закремніння, закварцуання та ін.). Використовується як стіновий камінь і заповнювач легких бетонів.

Серед органогенних порід великий розвиток мають також кременисті породи (діатоміт, трепел, опока), що складаються із дрібних скелетів морських діатомових водоростей, радіолярій і губок, або з опалу й халцедону з домішкою глинистого матеріалу й кварцу. Кременисті породи високопористі, кислототривкі, вогнетривкі, відрізняються значним водопоглинанням. Знаходять широке застосування як теплоізоляційний матеріал, гідравлічні в'яжучі ін.

Осадові гірські породи в будівництві. Все різноманіття осадових гірських порід (уламкові, хемогенні й органогенних), досить істотні розходження в їхньому складі, будові, умовах залягання виключає можливість однозначної оцінки їх будівельних властивостей. Поряд з несприятливими по своїх властивостях осадовими породами – органомінеральними, засоленими, закарстованими, просідними, набухаючими та ін., зустрічаються й дуже міцні, структурно-стійкі, які можуть служити надійною основою для будь-яких відповідальних будинків і споруд без застосування спеціальних захисних мір (осадові зцементовані породи, льодовикові глини із включенням валунів і ін.).

Як і магматичні, осадові гірські породи дуже широко використовуються в якості природних будівельних матеріалів. У першу чергу це відноситься до пухких уламкових порід – супісків, суглинків, глин, пісків, великоуламкових порід.

 

3.4. Метаморфічні гірські породи

Походження. Метаморфічні породи – це породи видозмінені, „заново народжені”. Утворюються вони в глибинних зонах земної кори в процесі зміни (метаморфізму) магматичних і осадових гірських порід під дією високої температури, тиску й хімічно активних речовин (газів і парів), що виділяються з магми.

Перетворення порід може відбуватися різними шляхами: 1) на величезних площах при зануренні цілих регіонів земної кори в зони високих температур і тисків (регіональний метаморфізм); 2) при контакті порід з розпеченими інтрузивними тілами (контактовий метаморфізм) і 3) під впливом величезних тисків, що виникають у процесі горотворення (динамометаморфізм).

Гірські породи можуть видозмінюватися також під впливом високотемпературних розчинів, що утворюються шляхом конденсації водяних парів магми (гідротермальний метаморфізм).

Мінеральний склад, структура й текстура. За мінеральним складом (кварц, польові шпати, слюди, піроксен і ін.) метаморфічні породи близькі до вихідних порід. Але разом з тим, у них утворюється ряд мінералів, характерних тільки для метаморфічних порід: дистен, серицит, силіманіт, гранат та ін.

Метаморфічні породи мають звичайно повнокристалічну будову. Важливою діагностичною ознакою метаморфічних порід є їхня текстура – сланцювата, шарувата або масивна. Сланцювата текстура характеризується пластинчастою або подовженою формою зерен мінералів, що розташовуються взаємно паралельно. Для масивної текстури типове рівномірне просторове розташування зерен без вираженої шаруватості, сланцюватості й т.ін.

Форми залягання метаморфічних порід в основному визначаються формою тих вихідних порід, з яких вони утворилися. У початковій стадії метаморфізму породи звичайно зберігають форму батолітів, штоків, покривів та ін. (магматичні породи), або пластову форму (осадові породи). Надалі форма вихідних порід може порушуватися через розриви, здавлювання й інші прояви метаморфізму.

Класифікація метаморфічних порід заснована на структурно-мінеральних ознаках і мінеральному складі. У зв'язку із цим розрізняють породи: 1) масивні (зернисті) – кварцит, мармур та ін.; 2) сланцюваті – гнейс і кристалічні сланці.

Масивні (зернисті) метаморфічні породи

Кварцит – винятково тверда, дуже міцна, але тендітна зерниста порода, що складається із кварцу з невеликими домішками слюди, хлориту й інших мінералів. Утворились в процесі динамометаморфізму кварцового піщаника. Колір переважно сірий, від домішок – рожевий, жовтуватий і чорний. Кварцит кислототривкий і лугостійкий камінь, морозостійкий. Коштовний лицювальній і будівельний матеріал.

Мармур — перекристалізований вапняк, що складається з одного мінералу – кальциту. Колір – білосніжний; з домішками – рожевий, сірий і навіть чорний. За крупністю зерен виділяють дрібно-, середньо- і грубозернистий мармур. Твердість невелика, особливо в грубозернистого мармуру. Мармур порівняно легко вивітрюється, легко піддається обробці (на відміну від кварцитів) і добре полірується. Досить широко використовується для облицювання внутрішніх стін будинків.

Сланцюваті метаморфічні породи.

Гнейс – сланцювато-кристалічна порода, за мінеральним складом близька до гранітів (містить кварц, польові шпати, слюди й ін.). Відрізняється від гранітів шаруватою текстурою, яка викликана чергуванням світлих і темних мінералів (слюд і рогової обманки). При ударі розколюється по шарах (сланцюватості). Міцність гнейсів невелика. Їх використовують як щебінь, бутовий і декоративний камінь, рідше лицювальний.

Кристалічний сланець – щільна, тонкосланцювата порода, залежно від основного мінералу може бути хлоритовим, слюдяним, тальковим, глинистим і ін. Сланцюватість сприяє швидкому їхньому вивітрюванню, зниженню морозостійкості. Найменшою міцністю володіють глинисті сланці, а найбільшою – кварцитові (роговики). Широко використовуються як покрівельний матеріал, бутовий камінь, щебінь та ін.

Метаморфічні гірські породи в будівництві. Метаморфічні породи, як і магматичні, характеризуються твердими кристалізаційними зв'язками між окремими частками й тому є надійною основою для будинків і споруд. Однак при оцінці будівельних властивостей метаморфічних порід варто враховувати їхню сланцюватість, тріщинуватість та деякі інші несприятливі властивості. Міцність порід виявляється значно нижче уздовж сланцюватості, ніж перпендикулярно до неї (анізотропія механічних властивостей). Крім того, сланцюватість сприяє швидкому вивітрюванню порід (особливо глинистих сланців), збільшує їхню тріщинуватість і водопроникність, зменшує морозостійкість. Деякі метаморфічні зернисті породи (наприклад, мармур) здатні до розчинення у воді.

 

3.5. Вивітрювання гірських порід і ґрунтоутворення

Вивітрювання – це процес безперервної зміни й руйнування гірських порід під впливом природних факторів вивітрювання: коливання температури, хімічного впливу води й газів, рослинних і тварин організмів та ін. Склад і будівельні властивості гірських порід істотно змінюються при вивітрюванні.

Розрізняють фізичне, хімічне й органічне вивітрювання. Звичайно всі три види вивітрювання діють одночасно, однак залежно від кліматичних і інших умов той або інший вид може переважати.

Фізичне вивітрювання виражається переважно механічним дробленням корінних порід на уламки без істотної зміни їхнього хімічного складу. Основні фактори фізичного вивітрювання – коливання температур і пов'язані з ними процеси промерзання-відтавання, зволоження-висушування порід і ін. Крім того, на інтенсивність вивітрювання впливають також діяльність вітру (ударний вплив піщинок та ін.), роль якого різко зростає в пустельних районах, і кристалізація солей у порах і капілярах.

У процесі фізичного вивітрювання гірська порода розпадається на брили, щебені, дресву, пісок і пил (алеврит). Уламки, що утворюються, зберігають мінеральний склад материнської породи.

Хімічне вивітрювання приведе до зміни й руйнування гірських порід, головним чином під дією води, що містить кисень, вуглекислоту, кислоти й луги.

Основні хімічні процеси, що приводять до цих змін: гідратація, розчинення, окислення й гідроліз. Нерідко ці процеси протікають спільно.

При гідратації відбувається закріплення молекул води на поверхні кристалічної структури мінералу. Так, ангідрит (CaSO4) перетворюється в гіпс (CaSO4 • 2Н2О). Гідратація супроводжується збільшенням об’єму  порід.

Окислення особливо інтенсивно розвивається в мінералах, що містять залізо, – піриті (Fe2S), магнетиті (Fe2O4) та ін. Бурий або охристий колір пісків, піщаників і глин вказує на наявність у них залізистих мінералів, що піддаються окисленню.

Розчиненню найбільшою мірою піддані кам'яна сіль, гіпс, ангідрит, у меншою – вапняки, доломіти та ін.

Гідроліз, тобто процес розкладання складної речовини, протікає стадійно, з послідовним утворенням нових мінералів. Так, при гідролізі польових шпатів (ортоклазу й ін.) виникають глинисті мінерали – спочатку гідрослюда, потім більше стійкий – каолініт.

Органічне вивітрювання проявляється повсюдно й пов'язане з життєдіяльністю рослинних і тваринних організмів. Руйнування гірських порід починається з появи на їхній поверхні мікроорганізмів (бактерій, грибів і ін.), а також нижчих і вищих рослин (мохи, лишайники та ін.). Розпадаючись, органічна маса утворює органічні кислоти (щавлеву й ін.) і різні з'єднання, які повільно й поступово руйнують гірські породи.

Гірські породи руйнуються й більш високоорганізованими організмами – землерийками, хробаками й ін. Відомий випадок, коли після розриття мишами поля аеродрому останній став непридатний для експлуатації. Гірські породи можуть руйнуватися й під дією корінь дерев, які проникають у тріщини, збільшують свій об’єм і розламують породу.