CC BY
59
ВТОРЫЕ ЕРШОВСКИЕ ЧТЕНИЯ ПО ГОРНОПРОМЫШЛЕННОЙ ГЕОЛОГИИ К 60-летию со дня рождения профессора В.В. Ершова
А.С. Чирков, проф., д.т.н., МГГУ
Глубинные массивные породы как строительный материал
Талантливый ученый профессор В.В. Ершов, разрабатывая, основы горнопромышленной геологии, особое внимание уделил горнопромышленной геологии нерудного минерального сырья. Теоретические разработки проф. В.В. Ершова нашли применение на ряде горных предприятий стройиндустрии. В частности, при оценке Мансуровского месторождения гранитов (Башкирия) им была предложена и убедительно доказана целесообразность разработки месторождения не на щебень, как первоначально предусматривалось проектом, а на блоки для производства стеновых и облицовочных камней. Такой подход обеспечил, особенно в условиях рыночной экономики, высокую рентабельность производства данного горного предприятия.
Магматические горные породы по содержанию кремнезема делятся на: кислые - с содержанием SiO2 более 65%; средние - от 52 до 65%; основные - от 40 до 52%; ультраосновные - менее 40%.
Важнейшие для строительства виды глубинных (интрузивных) магматических горных пород и показатели их основных свойств приведены в табл. 1.
Граниты - наиболее распространенные в природе кислые породы, содержащие 65 - 75% кремнезема SiO2. В их состав входят: калиевый полевой шпат (ортоклаз
- «прямораскалывающийся» К[АМ308], микроклин (К№) [А^308] или кислый плагиоклаз («косораскалывающийся») в количестве от 40 до 60%; кварц - от 20 до 40%; темноцветные минералы (биотит К(М^е)з^зАЮюКОН^)2, роговая обманка Са2№(М^е)4 ^,А1)40„Ы0НЪ от 5 до 20%.
Плагиоклазы объединяют большую группу минералов, представляющих собой непрерывный ряд изоморфных смесей, состоящих из альбита № [АМ308] и анортита Са[А1^208] (табл. 2).
В зависимости от содержания анортитовой и альбитовой составляющих минералам плагиоклазо-вого ряда даются номера, предложенные русским кристаллогра-
зы принято обозначать номерами, которые соответствуют процентному содержанию в них анортитовой молекулы. Плагиоклазы №№ 0-30 называют кислыми, №№ 30-60 -средними и №№ 60-100 - основными. Такое подразделение плагиоклазов сделано по содержанию в них SiO2 (содержание SiO2 в альбите 68,8 %, а в анортите оно снижается до 43,3%).
Полевые шпаты (ортоклаз, плагиоклазы) имеют плотность 2550-2600 кг/м3, сравнительно невысокую температуру плавления (примерно от 1300 до 1500°), цвет белый, желтоватый, красноватый. Полевые шпаты являются самыми распространенными минералами в изверженных породах, составляющими в общем до 2/3 от общей их массы. Они разрушаются («выветриваются») под влиянием смен температуры и в результате действия воды, содержащей углеводные силикаты алюминия и, в частности, минерал каолинит A12Oз•2SiO2•2H2O, входящий в состав широко распространенных осадочных пород - глин.
Иногда в состав гранита входят авгит Ca(Mg, Fe, А1) [ф, А1)206] или роговая обманка, заменяющую слюду, тогда к названию гранита добавляют слова роговообманковый или авгитовый в зависимости от названия минерала. Если в граните наряду с биотитом имеется мусковит КАЫАЩОюКОНК то
гранит называют двуслюдистым.
Кварц в граните присутствует в виде бесцветных от дымчатосерых до черных зерен неправильной формы. Так как в гранитах содержится больше всего полевых шпатов, то цвет определяется в основном
Таблица 1
Характеристика по содержанию кремнезема Глубинные породы Плотность, кг/м3 Предел прочности при жатии, кгс/см2
Кислые Г раниты 2600-2800 1200-2500
Средние Сиениты 2600-2800 1200-2500
Диориты 2800-3000 1500-3000
Основные Г аббро 2900-3300 2500-5000
У льтраосновные Дунит, перидотит, пироксенит 3000-3400 до 4000
Таблица 2
Разновидность плагиоклаза Содержание анортита, % Содержание альбита, %
Альбит 0-10 90-100
Олигоклаз 10-13 70-90
Андезин 30-50 50-70
Лабрадор 50-70 30-50
Битовнит 70-90 10-30
Анортит 90-100 0-10
фом Е.С. Федоровым. Плагиокла-
породы
их цветом (серый, голубоватосерый, темно-красный, красный).
Для гранитов характерны ясно выраженная зернисто-кристаллическая структура и массивная текстура. Мелкозернистые разновидности гранитов отличаются более высокими плотностью и прочностью и меньше подвержены процессам выветривания. Предел прочности у них при сжатии колеблется от 1000 до 2500 кгс/см2 и выше, прочность при растяжении составляет от 1/40 до 1/60 предела прочности при сжатии. Плотность гранитов составляет 2600-2800 кг/м3. Они являются малопористыми породами с содержанием пор от 1,0 до 1,5 %, характеризуются низким водопо-глощением (около 0,5% по объему), выдерживают до 200 и более циклов замораживания и оттаивания, отличаются высокой сопротивляемостью истиранию. Лучшими строительными свойствами обладают граниты, содержащие больше кварца и меньше слюды. Для гранитов характерна матрацевидная и параллелепипедная отдельности.
Граниты недостаточно огнестойки: при температуре до 9000 и выше они резко снижают прочность в связи с полиморфными превращениями кварца (Р - кварц
575 ас — а - кварц 8 70°с —
тридимит —1 470ас—— кристоба-
лит - плавится при температуре 17100 С; при переходе в каждую следующую модификацию кварц увеличивается в объеме, что приводит к растрескиванию зерен гранита).
Гранит находит самое широкое применение в строительстве. Он хорошо обтесывается, шлифуется и полируется. Его применяют для облицовки гидротехнических сооружений, набережных, опор мостов, цоколей зданий и др. Гранит используется для производства облицовочных плит, щебня высоких марок, брусчатки для дорожного строительство и широко применяется в архитектурно-строительных и скульптурных работах.
Гранит является самой распространенной глубинной изверженной породой, образующей круп-
ные массивные месторождения. Большей частью он образует батолиты крупных размеров и штоки, реже гранит, залегает в виде жил и лаек. При оценке гранитных месторождений большое значение имеет трещиноватость.
Сиениты - собственно глубинные (абиссальные) породы, содержащие от 52 до 65% кремнезема SiO2. В отличие от гранитов в них отсутствует свободный кварц. Сиениты состоят из калиевого полевого шпата - ортоклаза (5060%), кислых плагиоклазов (2530%), роговой обманки, иногда частично замещенной биотитом и реже - авгитом (в сумме не темноцветные минералы приходятся 1020%). Сиениты обычно окрашены в светлые серые, розоватые или зеленоватые тона, имеют среднезернистую структуру и массивную однородную текстуру. Они залегают в виде самостоятельных интрузивных тел или занимают краевые части гранитных массивов. Предел их прочности при сжатии составляет 1500-1800 кгс/см2, а средняя плотность -2600-2800 кг/м2. С сиенитами нередко бывают связаны месторождения магнетита (РеО, Fe2O3), меди (Си), золота (Аи), вольфрама (W), висмута (Ш) и других металлов.
В связи с отсутствием свободного кварца сиениты лучше обрабатываются и полируются, чем граниты.
Диориты - абиссальные породы, содержащие от 52 до 65% кремнезема SiO2 и состоящие из средних плагиоклазов (до 75%0 и роговой обманки (25%), наряду с которой могут присутствовать биотит и авгит. Диориты обладают полнокристаллической равномерно-зернистой структурой и массивной текстурой. Светлые минералы представлены плагиоклазами, придающими породе светло-серую или серую окраску, на фоне которой обычно резко выделяются зеленовато-черного цвета удлиненные кристаллы роговой обманки, реже - короткостолбчатые кристаллы авгита. Диориты характеризуются высокой прочностью при сжатии (1500-3000кгс/см2) и средней плотностью до 2900 кг/м3, доста-
точной устойчивостью к выветриванию и хорошей полируемостью. Они часто встречаются в периферийных частях гранитных массивов, а также образуют самостоятельные тела-жилы, штоки. С ними связаны месторождения меди и полиметаллов.
Габбро - основная абиссальная порода, содержащая от 40 до 52% кремнезема SiO2, состоит из полевых шпатов (до 50% преобладает анорит), авгита и оливина (перидота) - (Mg, Ре)^Ю4, изредка из роговой обманки и биотита. Большое количество темноцветных минералов (40-45%) придает породе темную окраску, на фоне которой выделяются сероваточерные зерна плагиоклазов. Разновидности габбро, состоящие почти из одного основного плагиоклаза лабладора (более 85%), называются лабрадоритами, имеющими серую и черную окраску с красивыми переливами в синих и зеленых тонах за счет иризации (отражения световых лучей от внутренних плоскостей спайности этого минерала), благодаря чему является ценным декоративным и облицовочным материалом.
Для габбро характерны пластовая, глыбовая и параллелепи-педная отдельности. Габбро залегают в виде крупных лакколитов (караваевообразных интрузивов), даек и штоков в отложениях всех геологических возрастов. Цвет габбро черный, серый, темносерый, зеленовато-серый. Структура - крупно- и среднезернистая, текстура - обычно массивная.
Габбровые породы имеют высокие показатели прочности при сжатии (2000-2800 кгс/см2) и средней плотности (3100кг/м3). К интрузиям габбро приурочены месторождения титано-магнетита, меди, никеля.
Лабрадорит - порода из семейства габбро- полнокристаллическая магматическая горная порода, состоящая в основном из минерала лабрадора (лабрадор - породообразующий минерал группы плагиоклазов, белого или серого цвета, обладающий характерной для него иризацией - яркими переливами цветом: синего, голубого, зеленого, золотистого и дру-
гих; имеет черный цвет с цветными переливами в сине-зеленых тонах; плотность 2700-2750 кг/м3; декоративный камень.
Дунит, перидотит, пироксенит
- ультраосновные породы, содержащие менее 40% кремнезема. Эти породы являются бесполе-вошпатными. Они состоят только из цветных минералов: оливина, роговой обманки и пироксена (авгита). Отсюда и цвет их окраски от темно-зеленого до черного. Все ультраосновные породы тяжелые (плотность 3000-3400 кг/м3) и встречаются в основном в интрузивных телах. Они мало распространены на поверхности земли, но имеют большое практическое значение, так как к ним приурочены месторождения магнетита Ре3О4, хромита РеСг2О4, платины, меди, серебра, кобальта, никеля, асбеста, разновидность серпенти-
на Mg3 (ОН)4^2О5] - змеевика, талька Mg3 (ОН)2^ 4О10] и др.
Дунит - почти мономинераль-ная порода, состоящая из 95% оливина; в небольших количествах присутствует авгит, хромит, магнетит. Цвет породы желтоватозеленый, при серпентизации оливина цвет становится темнозеленый до черного. Структура породы полнокристаллическая, текстура - массивная.
Перидотит - наиболее распространенная порода среди ультра-основных, состоящая примерно из равных количеств оливина и авгита; структура - среднезернистая, в которой различимы округлые желтовато-зеленые зерна неправильной формы оливина и таблитчатые кристаллы черного цвета с металловидным блеском авгита. Цвет породы темно-зеленый, темно-серый до черного.
Пироксенит - состоит на 95% из авгита и других пироксенов, в небольшом количестве в породе присутствует оливин (до 5%). Структура полнокристаллическая, средне- и крупнозернистая. Цвет зеленовато-черный.
Ультраосновные породы залегают в виде штоков небольших батолитов.
При геологоразведке месторождений гранитов и их аналогов необходимо исследовать трещиноватость массива с целью выявления блочности камня. Если выход блоков (отдельностей) является достаточным, месторождение следует разрабатывать на блочный камень. В противном случае месторождение должно разрабатываться традиционным способом с получением в конечном итоге щебня.
© А.С. Чирков
