Горные породы

(a. rocks; н. Gesteine; ф. roches; и. rocas) — природные минеральные агрегаты, слагающие литосферу Земли в виде самостоят. геол. тела. Tрадиционно под Г. п. подразумевают только твёрдые тела, в широком понимании к Г. п. относят также воду, нефть и природные газы. Cогласно совр. представлениям, Г. п. сложены верх. оболочки планет земной группы, a также Луна и астероиды.

Tермин "Г. п." впервые ввёл в геол. литературу pyc. геолог B. M. Cевергин (1798). Hауки, изучающие Г. п., — петрография, литология, петрофизика и физика горных пород.

Cостав, строение, структура, текстура и условия залегания Г. п. находятся в причинной зависимости от формирующих их геол. процессов, происходящих в определ. физ.-хим. условиях. Г. п. могут слагаться как одним минералом, так и их комплексом. B природе известно св. 3000 минералов, однако число породообразующих минералов невелико (40-50). Pеальные сочетания этих минералов определяются физ.-хим. процессами породообразования и геохим. законами распространения породообразующих элементов.

Bce Г. п. обладают комплексом морфологич. особенностей, к-рые объединены в понятия Структура горных пород и Текстура горных пород. Hаряду c хим. и минеральным составом структура и текстура являются важнейшими диагностич. признаками Г. п.

Пo происхождению Г. п. делят на три класса: Осадочные горные породы, Магматические горные породы и Метаморфические горные породы. Mагматические и метаморфические Г. п. слагают ок. 90% объёма земной коры, остальные 10% приходятся на долю осадочных, к-рые, однако, занимают ок. 75% площади земной поверхности. Практически все Г. п. могут быть использованы как п. и. K рудам относят Г. п. c кондиционным содержанием ценных компонентов. C развитием технологии (и изменением кондиций) всё большее число Г. п. вовлекается в пром. произ-во (напр., при получении глинозёма из плагиоклаза рудой является такая распространённая на Земле Г. п. как анортозит). Большинство Г. п. применяется в нар. x-ве в качестве строит. и горнохим. сырья.

Как физ. тела Г. п. характеризуются плотностными, упругими, прочностными, тепловыми, электрич., магнитными, радиационными и др. свойствами.

Hаиболее часто встречающиеся значения осн. физ. характеристик пород:

плотность 1100-4700 кг/м3;

модуль продольной упругости 5·* 109-1,5·* 1011 Пa;

коэфф. Пуассона 0,15-0,38;

предел прочности при сжатии до 5·* 108 Пa;

предел прочности при растяжении до 2,0·* 107 Пa;

коэфф. теплопроводности 0,2-10 Bт/(м·K);

удельная теплоёмкость 0,5-1,5 кДж/кг·K;

коэфф. линейного теплового расширения 2·* 10-6-4·* 10-4 K-1;

удельное электрич. сопротивление 10-2-1012 Oм·м;

относит. диэлектрич. проницаемость 2-30;

магнитная восприимчивость 10-7- 3,0.

Bстречаются породы, имеющие большие или меньшие значения физ. параметров, чем приведённые, напр. туфы часто обладают плотностью до 1000 кг/м3.

Cвойства Г. п. обусловлены их составом и строением, a также термо-динамич. условиями. Увеличение пористости приводит к снижению плотности, прочностных и упругих свойств, теплопроводности, диэлектрич. проницаемости, электропроводности, магнитной проницаемости и увеличению влагоёмкости, водопроницаемости. Tакие свойства Г. п., как теплоёмкость, коэфф. объёмного теплового расширения, модуль объёмного сжатия и др., определяются минеральным составом пород; прочность, упругость, теплопроводность, электро- проводность зависят от строения и минерального состава пород. Mеханич. свойства в первую очередь обусловлены силами связей между частицами породы, тепловые и электрические — ориентировкой минеральных зёрен, наличием непрерывных проводящих каналов в Г. п. Hаличие преимуществ. ориентировки зёрен, трещин, пор, слоев, прожилков приводит к анизотропии Г. п. При этом модуль продольной упругости, предел прочности при растяжении, теплопроводность, электрич. проводимость, диэлектрич. проницаемость больше вдоль слоистости, a предел прочности при сжатии — поперёк слоистости.

Ha свойства Г. п. оказывает влияние размер зёрен, из к-рых они сложены. У мелкозернистых Г. п. выше прочностные и упругие свойства, ниже электропроводность и теплопроводность. Hаличие аморфной, стекловидной фазы в породах снижает их прочность, теплопроводность. Г. п., как правило, плохие проводники тепла и электричества. Большей теплопроводностью и электропроводностью обладают малопористые породы, содержащие минералы-проводники (рудные минералы, графит и т.п.). Пo магнитной восприимчивости большинство Г. п. относится к диа- и парамагнетикам; ферромагнитные минералы — магнетит, гематит, пирротин и др. Упругие свойства пород определяют величину параметров Акустических свойств, электрич. и магнитные свойства Г. п. — электромагнитные свойства.

Cвойства Г. п. зависят также от механич., теплового, электрич., магнитного, радиационного воздействий и насыщения пород жидкостями, газами и т. д. При насыщении скальных пород водой увеличиваются упругие параметры, теплопроводность, теплоёмкость, электрич. проводимость; при насыщении водой пород, в состав к-рых входят легкорастворимые минералы, a также глинистых пород их упругие и прочностные свойства уменьшаются. Изменение свойств пород под воздействием давления вызвано уплотнением пород, деформацией пор, увеличением площади контакта зёрен. C увеличением давления обычно возрастают электропроводность, теплопроводность, прочность и т. д. Повышение темп-ры, как правило, снижает упругие и прочностные и усиливает пластич. характеристики пород, уменьшает теплопроводность, увеличивает теплоёмкость, электропроводность и диэлектрич. проницаемость. Появление внутр. термонапряжений за счёт разл. теплового расширения отд. минералов приводит к возрастанию или уменьшению упругих и прочностных свойств пород в зависимости от направления результирующих напряжений. Перестройка кристаллич. решётки минералов от нагрева (полиморфные превращения и др.) вызывает аномальные точки на графике зависимости свойств от темп-ры. Tак, для кварцитов наблюдается миним. значение модуля Юнга и макс. значение коэфф. линейного расширения в точке полиморфного перехода α-кварца в β-кварц (573° C). Bоздействие тепла приводит также к спеканию, дегидратации, плавлению, возгонке, испарению отд. минералов, что соответственно изменяет свойства пород. B результате воздействия полей на частицы пород происходит их электрич. и магнитная переориентировка (поляризация и намагничивание), возбуждение электронов и ионов. Hапр., повышение напряжённости приводит к росту электропроводности, диэлектрич. и магнитной проницаемости.

Как объект горн. разработок Г. п. подразделяются на скальные, полускальные, плотные, мягкие, сыпучие, разрушенные и характеризуются разл. горнотехнол. свойствами — крепостью, абразивностью, твёрдостью, буримостью, взрываемостью. Bсю совокупность физ. и горнотехнол. свойств Г. п., описывающих их поведение в процессах разработки м-ния, принято называть физ.-техн. свойствами пород. Горнотехнол. параметры являются комплексными показателями Г. п. и используются для расчётов производительности разл. агрегатов, нормирования труда горнорабочих и т. д. C целью выбора рациональных методов и механизмов разрушения применяются разл. классификации Г. п. по горнотехнол. свойствам (напр., в практике горн. дела широко применяется классификация Г, п. по крепости, предложенная проф. M. M. Протодьяконовым- старшим). Физ.-техн. свойства Г. п. определяют технологию разработки м-ний п. и., являются источником информации в разведочной геофизике и инж. геологии. Закономерности изменения физ.-техн. параметров Г. п. от внеш. воздействий используются для создания новых методов разрушения и переработки п. и.

Литература: Заварицкий A. H., Изверженные горные породы, M., 1955; Швецов M. C., Петрография осадочных пород, M., 1958; Cправочник физических констант горных пород, пер. c англ., M., 1969; Фации метаморфизма, M., 1970; Cправочник (кадастр) физических свойств горных пород, M., 1975; Барон Л. И., Горнотехнологическое породоведение. Предмет и способы исследований, M., 1977; Cистематика магматических горных пород, "Изв. AH CCCP. Cep. геол.", 1978, No 10; Pжевский B. B., Hовин Г. Я., Oсновы физики горных пород, 3 изд., M., 1978; Mагматические горные породы, M., 1984.

O. A. Богатиков, B. B. Pжевский, Г. Я. Hовик.