Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Земная кора — каменная оболочка планеты — состоит из минерального вещества. В геологии ее именуют литосферой («литое» по-гречески означает камень, «сфера» — шар). В литосфере непрерывно происходят геологические процессы, в результате которых минеральное вещество меня­ет свой состав, строение, форму. Одним из результатов геоло­гических процессов является образование месторождений полезных ископаемых — особых скоплений минерального ве­щества в глубинах земной коры или на ее поверхности, коли­чество и качество (химические и физические свойства) кото­рого позволяют организовать его промышленную добычу.

Как источник месторождений полезных ископаемых и среда их закономерного формирования земная кора с древ­них времен изучается геологическими науками. Отдельные стороны жизни земной коры изучаются различными геологи­ческими дисциплинами. Геохимия рассматривает закономер­ности миграции химических элементов. Минералогия и пет­рография изучают первичные, элементарные формы вещест­венного состава земной коры — минералы и горные породы. Геоморфология изучает рельеф земной поверхности. Страти­графия описывает закономерности формирования осадочных толщ, тектоника — закономерности движения и перемещения отдельных частей коры. В настоящее время геология как нау­ка представлена десятками самостоятельных научных дисцип­лин.

В геологических науках земная кора предстает в виде сложной динамической системы, состоящей из множества разнообразных элементов, частей, соединений, находящихся в сложном взаимодействии.

Как известно, первичной ячейкой всякого вещества явля­ется атом химического элемента. Однако в минеральном цар­стве, законы которого определяют условия формирования месторождений полезных ископаемых, помимо химических элементов и их соединений, рассматриваются особые, более сложные формы: минералы, горные породы и геологические формации.

Минерал — природное или искусственное вещество, обла­дающее определенным химическим составом, а также — в си­лу строго определенных физико-химических условий образо­вания — определенными физическими, механическими, дру­гими свойствами и структурой строения.

Разные минералы могут иметь одинаковый химический со­став. Например, из углерода состоят разные по своим свойст­вам вещества: минералы алмаз и графит. Своеобразным ми­нералом является и вода. Точнее, вода — всем известное хи­мическое соединение Н20 — образует несколько видов мине­ральных форм: многолетнемерзлые ископаемые льды, под­земные воды и ряд других.

Способность одинаковых или близких по химическому со­ставу веществ приобретать различную минеральную форму — быть разными минералами — называется полиморфизмом.

Существует и противоположное явление — изоморфизм, когда природные вещества, отличающиеся по химическому составу, образуют сходные минеральные формы и относятся к одному виду минералов. Чаще всего изоморфные группы образуют сложные руды, содержащие в своем составе желе­зо, марганец, кобальт, никель.

Минералы располагаются в земной коре в виде отдельных единичных или локальных проявлений (кристаллов и кристал­лических сростков — друз, самородков металлов и сплавов, жеод и конкреций, разного рода естественных натеков — ста­лагмитов, сталактитов и т. д.), а также входят в состав горных пород, слагающих толщи земной коры, ее слои, пласты и лин­зы, и различные геологические тела больших размеров, изме­ряемых нередко десятками километров.

Вся земная кора состоит из минералов. Но познание зако­номерностей ее строения и закономерностей формирования месторождений невозможно только лишь на основе изучения свойств минералов.

Горная порода — агрегат минеральных зерен, слагающих толщи земной коры, формирующих геологические тела и ха­рактеризующийся более или менее определенным минераль­ным составом (количественным соотношением входящих в ми­неральный агрегат зерен различных минералов), структурой и текстурой, обусловливающих размеры и взаимную ориента­цию зерен.

Горная порода может состоять из минералов одного или нескольких видов. В первом случае горная порода называется мономинеральной, во втором — полимерной. К мономине — ральным горным породам относятся мрамор (горная порода, состоящая из минерала кальцита), кварцит (горная порода, состоящая из минерала кварца), перидотит (горная порода, состоящая из минерала оливина) и некоторые другие горные породы.

Среди полиминеральных горных пород наиболее распро­странены гранит (горная порода, состоящая из минералов кварца, полевого шпата и слюды) и дунит (горная порода, со­стоящая из оливина, пироксена, роговой обманки). В общей сложности геологи выделяют многие десятки видов горных пород и их разновидностей.

Горные породы, по своим свойствам пригодные к исполь­зованию в качестве минерального сырья, могут являться по­лезными ископаемыми и в случае образования достаточных запасов и условий залегания образуют месторождения полез­ных ископаемых. К таким горным породам относятся камен­ные угли, каменные соли, мрамор и гранит (если они облада­ют необходимыми декоративными и механическими свойст­вами). Горные породы, окружающие тело полезного ископае­мого, называются вмещающими.

Горные породы отличаются друг от друга как внутренним строением, так и физическими свойствами и геологическими условиями образования.

По своему происхождению все горные породы разделяют­ся на три большие группы:

1) магматические — образовавшиеся в результате остыва­ния расплавленной в недрах Земли магмы;

2) осадочные — образовавшиеся в результате осаждения и накопления частиц минерального вещества, отделившегося от первичных пород в результате деятельности воды, солнца и ветра (экзогенный факторов);

3) метаморфические — образовавшиеся в результате тер­мического и силового воздействия толщ земных недр на маг­матические и осадочные горные породы.

Распространение этих пород в земной коре неодинаково: литосфера на 95 % состоит из магматических и метаморфиче­ских пород и только 5 % ее объема составляют осадочные по­роды. В то же время осадочными породами покрыто более 75 % земной поверхности.

Магматические породы (табл. 2.1), образовавшиеся в глу­боких недрах Земли, носят название интрузивных. Если за-

Таблица 2.1 Классификация магматических горных пород Группа Интрузив­ Эффузив­ Минералы ные ные главные второстепенные Ультра- Дунит — Оливин, пирок­ Магнетит, хро­ основные Перидотит сен, роговая об­ мит, шпинель, Пироксенит манка пирротин Основные Габбро Базальт Плагиоклаз, би­отит, пироксен, оливин Ортоклаз, кварц, магне­тит, титанит Средние Диорит Андезит Плагиоклазы, роговая обман­ка, биотит Кварц, апатит, титанит Сиенит Трахит Калиевый поле­вой шпат, рого­вая обманка, би­отит Кварц, циркон, титанит Кислые Гранит Липарит Кварц, калие­вый полевой шпат, биотит, мусковит, пла­гиоклаз Апатит, циркон, магнетит, турма­лин Щелочные Нефелино­ — Нефелин, пиро- Циркон, тита­ вый сиенит ксены, амфибо­лы, биотит нит

стывание магмы происходит на поверхности Земли, то обра­зуются эффузивные или излившиеся горные породы. Эффу­зивные горные породы, образовавшиеся из магмы того же состава, что и интрузивные породы, именуются эффузивны­ми аналогами данных пород.

Свойства пород во многом определяются входящими в их состав основными, так называемыми породообразующими, минералами. Но и первичное звено в цепи форм минерально­го вещества — химические элементы и их элементарные со­единения — весьма заметно влияют на свойства горных пород. Разумеется, влияние химических элементов на свойства гор­ных пород реализуется чаще всего не непосредственно, а че­рез образуемые химическими элементами минералы. Напри­мер, кремний, кальций, алюминий, не обладая сами по себе высокой твердостью, образуют весьма твердые минералы группы гранатов, наличие которых в горной породе придает ей высокую абразивность. Более того, оказывается, что неко­торые характеристики химического состава не теряют своего значения и сами по себе, не растворяются в характеристиках минералов, а сохраняют свое собственное значение главных классификационных признаков. К таким показателям, в част-

ности, относится содержание кремнекислоты БЮ2 в породе. В зависимости от содержания БЮ2 (в %) все породы делятся на следующие группы.

45 45-52 52-65 65-75

Ультраосновные, ме­нее

Основные……………….

Средние

Кислые..

В отличие от минералов, межвидовые границы которых фиксируются весьма строго (отсутствуют переходные сме­шанные формы минеральных видов), четких границ, отде­ляющих горные породы одного вида от родственных горных пород нет — между горными породами разного вида сущест­вуют переходные смешанные формы.

Последовательный переход от одного типа горных пород к другому в зависимости от минерального состава лучше всего представить диаграммой (рис. 2.1). На этой диаграмме пока­зано соотношение количества основных породообразующих минералов в горных породах различных типов: относительное количество того или иного минерала соответствует длине от­резка вертикальной прямой, проходящего через зону данного минерала от наименования горной породы.

■Дунит

— Перидотит

-Габбро

Диорит

-Гранодиорит

-Гранит

— Сиенит

Рис. 2.1. Диаграмма изме­нения минерального со — НефелиноВыи става изверженных гор-

сиенит ных пород

Гранит, например (см. рис. 2.1), включает 35 % калиевого полевого шпата, 30 % кварца, 15 % плагиоклаза, 8 % биотита и 12 % роговой обманки. Возрастание доли калиевого полевого шпата и уменьшение доли кварца в составе горной породы постепенно приближает ее к другому типу — сиениту.

Горные породы имеют определенную генетическую связь с месторождениями полезных ископаемых. Приуроченность месторождений определенных полезных ископаемых к опре­деленным типам горных пород имеет очень сложную природу и обусловливается, с одной стороны, геохимическими осо­бенностями элементов, образующих минералы, а с другой — взаимодействием различных горных пород в рамках геофор­маций.

Геоформация — последняя ступенька, замыкающая цепь закономерных форм организации минерального вещества: химический элемент — минерал — горная порода.

Геоформациями называются устойчивые сочетания горных пород, характеризующиеся определенными условиями проис­хождения. С определенными геоформациями связываются определенные месторождения полезных ископаемых. Дунит — перидотитовые формации ультраосновных пород связаны с месторождениями хрома, платины, железа, никеля. К гео­формациям габброидных основных пород приурочены место­рождения титаномагнетитовых и медно-никелевых руд. Боль­шое разнообразие геоформаций, включающих в себя сочета­ние различных пород, требует применения специальных гео­логических методов раскрытия закономерностей образования и размещения месторождений — формационного и фациаль — ного анализа. Эти, а также некоторые другие специальные геологические методы изучения земной коры являются фор­мой реализации системного подхода в геологии, когда законы минерального царства постигаются через исследование роли каждой формы организации минерального вещества, слагаю­щего земную кору.

Изверженные горные породы, рассмотренные выше, отно­сятся к первичным горным породам. С их образованием гео­логические процессы и в том числе процессы формирования месторождений не прекращаются: под действием экзогенных факторов (физических воздействий солнца, водных потоков, ветра, гравитационных сил планеты, а также химической ак­тивности воздуха и воды) продолжается образование новых минералов, горных пород и геоформаций. Разложение пер­вичных горных пород, механическое перемещение и переот — ложение продуктов разрушения формирует толщи, так назы­ваемых осадочных горных пород и связанных с ними гео­формаций.

Разложение первичных изверженных горных пород — слож­ный процесс, в котором в разной степени проявляют себя химические, физические, механические и даже биологиче-

[Сортировка] І Осадконакопление У^т-

Перенос |

Осадочные Метаморфические Изверженные породы породы породы

Рис. 2.2. Схема формирования осадочных горных пород

ские факторы. Собственно осадочные горные породы в связи с этим по преобладанию тех или иных факторов делятся на осадки: механические (пески, гравийно-галечниковые отложе­ния, глины), химические (каменные соли, фосфориты, бокси­ты, доломиты), биогенные (некоторые виды известняков, ра­кушечники, каменные угли, торф). Схема формирования оса­дочных горных пород представлена на рис. 2.2.

Таблица 2.2 Классификация механических осадков Породы Размер облом­ рыхлые сцементированные Основные ков, мм Обломки структуры остро­ угольные окатан­ ные остро­ угольные окатан­ ные > 100 Глыбы Круп­ ные валуны Псефитовые (грубообломоч­ ные) 100-1000 Мелкие Валуны 10-100 Щебень Галеч­ ник Брек­ чия Конгло­ мерат 2-10 Дресва Гравий 0,1-2 Песок Песчаник Псаммитовые (песчаные) 0,01-0,1 Алеврит Алевролит Алевритовые (иловатые) < 0,01 Глины (пелиты) Аргиллит Пелитовые (глинистые)

Образование вблизи интрузий (крупных тел изверженных пород) активных в физико-химическом отношении зон с по­вышенными температурой и давлением, наличием активных флюидов (гидротерминальный и пневматолитовый процессы), а также перемещения крупных участков земной коры (тектонические процессы), сопровождающиеся высокими температурами и давлениями, приводят к изменению осадоч­ных и первичных изверженных горных пород. При этом на­блюдаются явления метаморфизма. Метаморфизм горных по­род проявляется в перекристаллизации, уплотнении, спека­нии, изменении химического и минерального состава. В ре­зультате образуются метаморфические горные породы: пес­чаники (результат метаморфизма песков), сланцы (результат метаморфизма глин и кор выветривания).

В свою очередь, метаморфические породы, так же как и изверженные, подвергаются выветриванию и служат мате­риалом для образования осадочных пород.

В технологии бурения наибольшее значение имеют свой­ства механических осадков — их классификация представлена в табл. 2.2.

Комментарии запрещены.