лабораторная работа инженерные изыскания. ИИ РГР для заочников. Методические указания для проведения лабораторных работ и организации самостоятельной работы по дисциплине инженерные изыскания
 Скачать 1.13 Mb.
|
|
Лабораторная работа №3 ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ Цель работы – изучение осадочных горных пород Задачи: получить общее представление об осадочных горных породах; изучить строение и морфологические признаки, рассмотреть формы залегания; освоить методику макроскопического определения осадочных горных пород; научиться различать осадочные горные породы; ознакомиться с осадочными горными породами Крыма; выполнить описание трёх образцов осадочных горных пород. Оборудование: образцы осадочных горных пород; лупа; подручные средства для определения твёрдости; керамическая пластинка (бисквит); вода; 10-ый % раствор соляной кислоты; магнит. Методика проведения дать определение осадочных горных пород; описать три образца из учебной коллекции. 1. Общая характеристика Осадочные горные породы — горные породы, существующие в термодинамических условиях, характерных для поверхностной части земной коры, и образующиеся в результате переотложения продуктов выветривания и разрушения различных горных пород, химического и механического выпадения осадка из воды, жизнедеятельности организмов или всех трёх процессов одновременно. Исходя из генезиса, осадочные горные породы подразделяются на: обломочные (кластические, терригенные) – образуются при механическом разрушении горных пород и минералов (механические осадки - щебень, галька, песок и др.). Если представляет собой смесь обломков разного состава, то называются полимиктовыми; глинистые – занимают промежуточное положение между продуктами физического и химического выветривания (глины); хемогенные (химические) – образуются при выпадении в осадок солей из водных растворов (гипс, каменная и самосадочная соль, известняк); органогенные (биогенные) – образуются в результате накопления органических остатков (известняк-ракушечник, мел, торф); смешанные (биохимические) – включают органическую и неорганическую составляющие (трепел – сцементированные опалом частички водорослей диатомей). 44 Осадочные горные породы слагают самую верхнюю часть земной коры, их доля составляет всего 5 – 10%, но они покрывают 75% поверхности Земли, отличаются большим разнообразием видов и большой изменчивостью свойств, генетически или пространственно связаны с месторождениями полезных ископаемых, служат основаниями для различных сооружений, по остаткам вымерших организмов можно проследить историю развития Земли [1;3]. Обломочные (кластические, терригенные) горные породысамые распространённые среди осадочных горных пород (70% ). Подразделяются: по величине (размеру) обломков: - более 200 – 2 мм: крупнообломочные (псефиты), в т.ч. глыбы и валуны, щебень и галька, дресва и гравий; - 2 – 0,1 мм: среднеобломочные или песчаные (псаммиты), в т.ч. грубо-, крупно-, средне-, мелко- и тонкозернистые; - 0,1 – 0,01 мм - мелкообломочные или пылеватые (алевриты); - менее 0,01 мм - глинистые (пелиты). по степени окатанности обломков (форма обломков): - неокатанные (угловатые) – глыбы, щебень, дресва; - окатанные (округло-полированные) – валуны, галька, гравий. по сцементированности природным цементом: - несцементированные (рыхлые); - сцеметированные – конгломераты (валунные, галечные, гравийные или гравелиты) и брекчии (глыбовые, щебнистые, дресвяник); песчаники; алевролиты; аргиллиты. Цемент в сцементированных породах может быть: базальным – обломки не соприкасаются друг с другом; поровый – обломки соприкасаются, цементом заполнены поры; плёночный – вокруг каждого обломка имеется плёнка цемента; контактовый – обломки тесно прижаты друг к другу, цемент только в местах их соприкосновения. Возможна цементация рыхлых пород без цемента, когда зёрна как-бы «вгрызаются» друг в друга. Обломочные горные породы по составу обломков: - мономиктовые – на 90% и более состоящие из одного (кварцевые пески и песчаники); - олигомиктовые – образованы обломками двух минералов или пород; - полимиктовые – сложены из большого количества компонентов. Название горной породе даётся по преобладающей фракции. Например, порода состоит из песка и известняка, которого меньше 5% – песчаник с примесью известкового материала; если 25 – 50% - известковый песчаник; если более 50% – известняк. 45 Осадочные хемогенные (неорганические, химические) горные породы образуются в результате выпадения из водных растворов химических осадков (гипс, каменная соль). Осадочные органогенные (органические, биогенные) горные породы образовались из остатков древней растительности (фитогенные) и живых организмов (зоогенные) – мшанковые известняки и нуммулитовые известняки. Горючие полезные ископаемые органического происхождения называются каустобиолитами (ископаемые угли, торф, горючие сланцы, нефть и др.). 2. Диагностические (морфологические) признаки Минеральный и химический состав Осадочные горные породы могут быть: мономинеральными – состоят из одного минерала (доломит, гипс); полиминеральными – состоят из нескольких минералов (супесь, суглинок). Обломочные горные породы наследуют минералы, входившие в состав первоначальной горной породы. У сцементированных обломков природный цемент может быть: глинистым – составляют глинистые минералы; кремнистым (кремниевым) – кварц, халцедон, опал; карбонатным (известковым) – кальцит, арагонит, доломит; железистым – лимонит; смешанным. Хемогенные и органогенные горные породы удобнее классифицировать не по происхождению, а по химическому составу слагающих минералов: карбонатные - органогенные (известняки), органно-хемогенные (мел), хемогенные (травертины или известковые туфы, доломиты, сидериты), глинисто-карбонатные (мергель); кремнистые (силикатные, силициты) – органогенные (диатомиты), хемогенные (трепелы, яшмы, кремнистые туфы); железистые (железные, ферролиты) – железистые руды, лимониты; сернокислые (сульфатные) - хемогенные (гипс); галогенные (галоидные) – хемогенные (каменная соль); фосфатные (фосфориты) - апатиты; алюминиевые (алитовые, глинозёмные) – бокситы; марганцевые (оксиды и гидроксиды марганца) – марганцевые руды, пиролюзиты, родохрозиты; углеродистые (горючие, каустобиолиты) – каменный уголь. Химический состав осадочных горных пород определяетсяваловым химическим составом породообразующих минералов. 46 Строение Под строением горной породы понимается структура (внутреннее строение) и текстура (внешний вид). Структура осадочных горных пород разная у обломочных, хемогенных и органогенных горных пород. Структуры обломочных пород В зависимости от размеров обломков: грубообломочная (кластическая) – обломкиразного размера; псефитовая - обломки размером более 2,0 мм составляют более 50%; псаммитовая – обломкиразмером 0,1 – 2,0 мм составляют более 50%; алевритовая – обломки величиной от 0,01 – 0,1 мм; пелитовая- частицы размером менее 0,01 мм составляют более 50%. По сцементированности: рыхлая; сцементированная. Структуры хемогенных (химических) пород: кристаллическая; аморфная. Кристаллическая, в свою очередь, по абсолютным размерам кристаллов: грубозернистая (размеры зёрен более 1 мм) крупнозернистая (1 – 0,5 мм); среднезернистая (0,5 – 0,1 мм); мелкозернистая (0,1 – 0,05 мм); тонкозернистая (0,05 – 0,01 мм); скрытозернистая (менее 0,01 мм); по относительным размерам кристаллов: равномерно-зернистая; неравномерно-зернистая. Структуры органогенных (биогенных) пород - в зависимости от сохранности органических остатков: биоморфная (цельнораковинная) - хорошая сохранность; детрисовая (детритовая, перетёртая или биокластовая) - в виде окатанных и неокатанных обломков. По размерам обломков: грубообломочные или ракушечниковые (диаметром более 1 мм); крупнообломочные (1 – 0,5 мм); среднеобломочные (0,5 – 0,25 мм); мелкообломочные (0,25 – 0,05 мм); тонкообломочные или шламовые (менее 0,05 мм). Текстуры осадочных горных пород – внутрислоевая и поверхности слоя. Внутрислоевые текстуры: 1) Однородная (массивная или плотная, пористая) – характеризуется беспорядочным расположением в породе её составных частей, порода в этом 47 случае имеет одинаковые физические свойства в различных направлениях, при расколе образуются обломки неправильной формы (пески, псефиты и др.); 2) Слоистая, в свою очередь: полосчатая - чередование слоев нескольких разностей осадочных пород (изменение размера обломков или минерального состава), осадочного материала – у кремнистых пород; желваковая (оолитовая) - наличие осадочных образований (конкреций, скопления органического вещества и т.п.) – у фосфоритов; сланцеватая - вследствие плитчатой отдельности - у глинистых пород. В зависимости от расположения осадочного материала в породах: горизонтальная, косая В зависимости от мощности чередующихся слоёв: массивнослоистая (мощность каждого слоя более 50 см); толстослоистая (более 5см); среднеслоистая (2—5 см); тонкослоистая (0,1—2 см); микрослоистая (менее 0,1 см). 3) Пористые – у карбонатных пород Текстуры поверхности слоя: знаки ряби - результат деятельности геологических факторов (ветер, вода) на поверхности песчаных, алевритовых, глинисто-известковых и доломитовых осадков. Выделяют типы ряби: эоловая, волнений, течений; знаки струй - извилистые древовидно-разветвляющиеся желобки, образуются на пологих побережьях в результате медленного стекания приливной воды струйками; знаки прибоя - причудливо изгибающиеся и разветвляющиеся маленькие хребты песчаного или другого наносного материала; отпечатки кристаллов - полости и пустоты от растворившихся кристаллов солей, выделившихся при высыхании воды в осадках и, осо- бенно, на берегах соленых озер; отпечатки капель дождя (града) и следы выходов газа остаются на поверхности глинистых и иловатых пластов, хорошо сохраняются в условиях жаркого сухого климата; трещины высыхания - узкие желобки, разделяющие породу на полигональные участки, возникающие на поверхности глинистых, иловатых, реже известковистых пластов, наблюдаются на современных поймах, илистых берегах и в области такыров; отпечатки, оставленные животными, на поверхности слоев (окаменелые остатки организмов или следы их передвижения). конкреции и оолиты - неорганические включения в осадочных слоях, обычно отличающиеся от окружающей породы своим составом. Примером очень маленьких конкреций являются оолиты. 48 стилолиты (стилолитовые швы) и сутуры - сильно извилистые, часто зазубренные зоны растворения в карбонатных породах, выполненные глинисто-углистым, реже рудным, веществом, наблюдающиеся в тонкокристаллических карбонатных породах. Мелкой разновидностью стилолитов являются сутуры (от сутур – шов). Физические свойства Цвет осадочных горных пород определяется цветом минералов и окраской цемента. В районах с прохладным и влажным климатом формируются породы серо-зелёного цвета, в районах с сухим жарким климатом – красного, бурого, желтовато-бурого цветов. Серый цвет придают примеси сернистых соединений железа, однако при выветривании такие породы светлеют и приобретают буровато-желтую окраску. Фиолетовые цвета или оттенки исключительно редки, обусловлены примесями марганцевых и фтористых соединений. Желтый и бурый цвета свидетельствуют о присутствии в горной породе лимонита. Синий цвет - встречается крайне редко. В некоторых породах наблюдается синеватый или, скорее, слабо голубоватый оттенок из-за водных силикатов железа, мелкорассеянного сернистого железа, сидерита и некоторых глинистых минералов. Красный и розовый цвета встречаются в редких случаях, обусловлены цветом ортоклаза или обломков красных пород. Зелёный цвет - зависит от присутствующих зеленых минералов (глауконит, хлорит). Цветопределяется в сухом состоянии и при дневном свете. Для уточнения окраски породы прибегают к уточнениям: зеленовато-серый, лимонно-желтый, коричневато-бурый, кирпично-красный и т. д. При этом основной цвет надо ставить на второе место. Например, «зеленовато-серая глина» значит: глина серого цвета с зеленоватым оттенком. Иногда на фоне основного цвета выступают тонкие прослои или пятна иного цвета или оттенка или разводы. Подметить их можно во влажной породе. Блеск – металлический, неметаллический, матовый. Твёрдость– определяется в соответствии со шкалой Мооса с помощью заменителей эталонов твёрдости. Плотность или удельный вес (г/см 3 ; т/м 3 ): очень лёгкие - менее 1 (торф); лёгкие - 1 – 1,5 (глина); средние 1,5 – 2,9 (известняк); более 2,9 – тяжёлые. Пористость: плотные - пористость визуально не заметна; мелкопористые - с различными мелкими частыми порами; крупнопористые - с величиной пор 0,5 – 2,5 мм; кавернозные - с крупными пустотами. 49 Прочностные и деформационные свойства Трещиноватость- характерна для монолитных осадочных горных пород, проявляется в разной степени (известняки – сильно трещиноваты, массивы гипса – не бывают трещиноватыми). Устойчивость Прочность Сланцеватость Излом Водные и химические свойства Водопроницаемость (м/сут.) -способность пропускать через себя воду, определяется коэффициентом фильтрации: очень сильно водопроницаемые (более 30); сильно водопроницаемые (30 – 3); водопроницаемые (3 – 0,3); слабоводопроницаемые (0,3 – 0,005); неводопроницаемые (менее 0,005). Влагоёмкость - способность вмещать в себя некоторое количество воды, набухать и увеличиваться в объёме (глинистые горные породы). Химическая активность - взаимодействие с 10%-ой соляной кислотой, бурно реагируют лёсс, известняк, ракушечник, мел, мергель, а также обломочные породы, скреплённые карбонатным цементом; без бурных реакций - гипс и др. Реакция с водой - растворяются, в основном, активные породы, образуя карстовые полости. 3. Формы залегания Основная форма залегания осадочных горных пород слой (пласт), представляющий собой геологическое тело, имеющее однородное сложение, ограниченное двумя поверхностями напластования и занимающее значительную площадь [17]. Поверхность, ограничивающая слой снизу, называется подошвой; сверху – кровлей. Инженерно-геологической характеристикой слоя является мощность: истинная - кратчайшее расстояние между кровлей и подошвой по перпендикуляру; вертикальная – расстояние по вертикали от любой точки кровли до подошвы слоя; горизонтальная – расстояние по горизонтали от любой точки кровли до подошвы; видимая – расстояние между кровлей и подошвой, измеренное по произвольному направлению. Пласты (слои) могут залегать горизонтально и наклонно. Положение наклонного пласта в пространстве определяется ориентировкой линии простирания и падения и углом падения. Линия простирания – линия пересечения слоя (пласта) с горизонтальной плоскостью. Положение линии простирания относительно стран света называется азимутом простирания. Падение пласта (слоя) – это наклон его к 50 горизонтальной плоскости, характеризуется направлением и углом. Угол падения – угол падения между плоскостью слоя (пласта) и горизонтальной плоскостью. Линия падения перпендикулярна линии простирания. Рис. 3 Элементы залегания пород Для определения элементов залегания пользуются горным компасом. Взаимоотношение между отдельными слоями указывает на историю образования всей толщи осадочных горных пород. Первичное залегание может быть: согласное - при непрерывном процессе осадконакопления (в строгой возрастной последовательности), границы слоёв параллельны, характерно особенно для молодых, в частности, четвертичных отложений, и более древних пород, отлагавшихся на платформах; несогласное - определяется перерывом в осадконакоплении. Первичное залегание осадочных горных пород может быть нарушено под влиянием различных факторов. Нарушение первичного горизонтального залегания слоёв под влиянием различных процессов, называется дислокациями. Пликативные дислокации (без нарушения сплошности слоёв): моноклинали – широко распространённый тип тектонической структуры с залеганием слоёв с одинаковым наклоном в одну сторону (куэстовые гряды Крыма); складки – волнообразные изгибы слоёв различной формы и величины (антиклиналь – складка, направленная изгибом слоёв вверх с более древними, чем в её крыльях, породами в ядре; синклиналь – складка, направленная изгибом слоёв вниз, с более молодыми, чем в её крыльях, породами в ядре). Боковые склоны складок называются крыльями. Линия перегиба, соединяющая между собой крылья, называется замком складки. Замковая часть антиклинали называется седлом, синклинали – мульдой; |