9

ЛЕКЦІЯ 4

ОСОБЛИВОСТІ МІНЕРАЛОГІЧНОГО СКЛАДУ ГІРСЬКИХ ПОРІД І ҐРУНТІВ

1. Мінерали і їхній поділ при інженерно-геологічному вивченню гірських порід.

2. Первинні мінерали.

3. Вивітрювання і утворення вторинних мінералів.

1. Класифікація і поширення вторинних мінералів.

2. Фізичні властивості вторинних мінералів.

4. Органічна речовина.

4.1. Мінерали і їхній поділ при інженерно-геологічному вивченню гірських порід

При інженерно-геологічному вивченні гірських порід особливо важливо знати вміст в них тих чи інших мінералів, які знаходяться у породах у значних кількостях і впливають на їхні властивості.

Найбільш часто у гірських породах зустрічається біля 100 мінералів. Вміст деяких з них становить цілі % і навіть десятки %, тому їх називають породотворними (породоутворюючими) мінералами (табл. 1). Інші переважно містяться у незначних кількостях (не більше 1 %) і називаються другорядними або акцесорними. Зустрічаються також так звані випадкові мінерали, які складають вкрай незначну частину в загальному складі породи.

Майже всі мінерали гірських порід мають кристалічну будову, яка виражена у строго визначених закономірностях їхньої внутрішньої будови і зовнішньої форми. Лише незначна кількість мінералів зустрічається у вигляді аморфної речовини. Зв'язки між атомами у кристалічній решітці мінералів можуть бути іонними, ковалентними, металічними, водневими і залишковими (молекулярними). Найбільш стійкими з цих зв'язків є іонні, ковалентні та металічні.

Слід звернути увагу на те, що мінералів з чітко вираженим яким-небудь типом зв'язку дуже мало. У більшості з них є проміжні стани між двома, трьома і навіть чотирма типами зв'язків. Причому найбільш слабкий залишковий (молекулярний) тип зв'язку завжди має місце при будь-якому поєднанні основних типів зв'язку.

Характер кристалічної будови і природа хімічного зв'язку між частинками решітки лежить в основі багатьох фізичних і механічних властивостей мінералів, які переважно вивчаються при інженерно-геологічних дослідженнях. Тому поділ мінералів в інженерно- геологічних цілях слід проводити не за їхнім хімічним складом, як це прийнято у мінералогії, а за переважаючим типом хімічного зв'язку в них.

Таблиця І

Поширеність мінералів у гірських породах

Гірські породи	Основні породотворні мінерали	Другорядні мінерали	Випадкові мінерали
Магматичні	Польові шпати, кварц, піроксени, слюди, олівін, амфіболи	Турмалін, апатит, титаніт, циркон, магнетит, ільменіт, гематит, хроміт, шпінель	Кордієрит, гранати, епідот, плавиковий шпат, топаз
Осадові	Кварц, польові шпати, слюди, кальцит, доломіт, гідрослюди, монтморилоніт, каолініт, опал, халцедон, гіпс, ангідрит, галіт, сильвін	Амфіболи, піроксени, сидерит, магнезит, пірит, глауконіт, фосфорити, оксиди і гідроксиди феруму і алюмінію	Циркон, рутил, гранат, барит, цеоліти, халькопірит, сфалерит, флюорит
Метаморфічні	Кварц, польові шпати, піроксени, амфіболи, олівін, гранати, андалузит, силіманіт, хлорити, епідот, кальцит	Турмалін, сфен, серицит, лейцит, ставроліт	Магнетит, ільменіт, гематит, пірит

Більшість силікатів (за виключенням шаруватих силікатів), які утворюються при

застиганні магми і є головними породоутворюючими мінералами магматичних, метаморфічних і багатьох осадових порід, можна об'єднати у одну групу мінералів, оскільки у них переважаючим типом зв'язку між основними структурними елементами є ковалентний зв'язок. Тому для цих мінералів характерна висока міцність і слабка розчинність.

Дуже специфічну будову і властивості мають мінерали групи карбонатів, сульфатів і галоїдів. Переважаючим типом хімічного зв'язку у решітці цих мінералів є іонний зв'язок, який слабшає при взаємодії мінералів з водою. Цим пояснюється і підвищена розчинність карбонатів, сульфатів і галоїдів у порівнянні з іншими мінералами.

Серед осадових порід широко поширені глинисті мінерали. За своєю будовою вони відносяться до шаруватих силікатів. Однак, на відміну від інших мінералів класу силікатів, у будові кристалічної решітки глинистих мінералів поряд з ковалентним зв'язком суттєву роль відіграють залишкові та водневі зв'язки, що зумовлює відносно невисоку міцність цих мінералів. У природних умовах вони зустрічаються у вигляді тонкодисперсної кристалічної речовини, яка проявляє ряд специфічних властивостей при взаємодії з водою.

Крім мінералів у гірських породах можуть зустрічатись невеликі домішки органічної речовини, серед яких найбільш поширені органічні колоїди: гумінова кислота, фульвокислота, протеїн, клітковина та ін. Для органічної речовини характерна висока активність у окисно-відновних реакціях. Крім того, подібно до глинистих мінералів, органічні колоїди є гідрофільними з'єднаннями, сильно набухають при взаємодії з водою. Тому наявність органіки у породі може мати суттєвий вплив на її інженерно-геологічні властивості.

Таким чином, при інженерно-геологічному вивченні мінералогічного складу гірських порід можна виділити чотири основні групи мінеральних утворень, які

відрізняються за своєю будовою, переважаючим типом зв'язку і властивостях: