Магматические грунты
Формирование свойств магматических горных пород как грунтов начинается с момента зарождения магмы в глубинах Земли. Длительные тесно связанные между собой и последовательно сменяющие друг друга сложные физические, химические и физико-химические процессы, происходящие в течение зарождения и раскристаллизации магмы, обусловливают многообразие химического и минерального состава изверженных пород.
Уже в начальных глубинных процессах возникновения горных пород заложены будущие различия в их свойствах, обусловленные различным химическим составом магм, разной вязкостью расплавов и различным содержанием в них летучих компонентов. Огромное влияние на формирование состава, структуры и текстуры породы оказывают условия кристаллизации. По мере движения магмы в верхние части земной коры, вплоть до излияния на поверхность, в ней резко меняются термодинамические условия: падает давление, уменьшаются температуры, увеличивается вязкость расплава вследствие потери флюидов. Начинают образовываться первые кристаллы. Обычно это высокотемпературные минералы, такие, как магнезиальный оливин, пироксен, титаномагнетит, а также, при медленном застывании магмы, плагиоклазы. Центров кристаллизации на этой стадии мало и зарождающиеся кристаллы имеют возможность свободно расти в расплаве. Образуются крупные кристаллы минералов; при благоприятных тектоно-магматических условиях формируются интрузивные тела с крупнозернистой структурой.
Высокотемпературные минералы, возникшие в глубинных зонах земной коры, попадая в иную термодинамическую обстановку по мере подъема магмы, становятся неустойчивыми и значительно легче поддаются вторичным изменениям, чем низкотемпературные, образовавшиеся в приповерхностных условиях.
Изливаясь на поверхность, магма может попасть как в водную, так и воздушную среду, что вызывает определенные различия в структуре и текстуре породы. При подводном излиянии, в результате взаимодействия расплава с водой, происходит образование большого количества паров воды, формируются пузырчатые текстуры. Благодаря высоким напряжениям, возникающим при быстром охлаждении горной породы в воде, происходит образование трещин как внутри минералов, так и внутри лавового потока. При наземных излияниях на поверхности потоков быстро образуется так называемая корочка закаливания, которая препятствует удалению из внутренних частей лавовых потоков различных газов. При этом в верхней части потока формируются породы, содержащие значительное количество крупных пор и резко отличающиеся по своим свойствам от пород того же состава, слагающих внутренние части потока.
Наиболее обстоятельно изучено влияние вещественного состава магматических горных пород на их плотность.. Среди интрузивных пород наиболее низкая плотность у гранитов (р = 2,57 г/см3). По мере увеличения основности плотность интрузивных горных пород возрастает; ее средние значения у гранодиоритов 2,7 г/см3, кварцевых диоритов 2,75, диоритов 2,80, габбро 2,95, серпентинизированныхги-пербазитов 3,0, пироксенитов 3,20, у перидотитов 3,27 г/см3. Та же тенденция наблюдается и в изменении плотности эффузивных горных пород: для пород кислого состава (липаритов) плотность равна в среднем 2,35 г/см3, для пород среднего состава (андезитов) — 2,50, для основных (базальтов) — 2,54 г/см3. Палеотипные эффузивные породы имеют более высокие значения плотности: от 2,60 г/см3 у кварцевых порфиров до 2,85 г/см3 у диабазов. Следует также отметить, что при одинаковом химическом составе эффузивные породы всегда имеют более низкую плотность, чем интрузивные.
Физико-механические свойства изверженных горных пород изменяются в широких пределах в зависимости от их строения. Структуры и текстуры эффузивных и интрузивных пород различны. Для палеотипных излившихся пород характерны сферолитовые структуры, которые образуются при девитрифика-ции стекла. Для кайнотипныхэффузивов наиболее типична афанитовая структура. Горные породы с подобными структурами имеют высокую механическую прочность и одновременно характеризуются хрупкостью. Текстуры вулканических пород также различны; наиболее распространены массивные, пузырчатые и миндалекаменные текстуры. Влияние текстур на физико-механические свойства эффузивных пород очень велико. Например, прочность базальтов с массивной текстурой обычно превышает 200 МПа, а базальты того же состава с грубопузырчатой текстурой характеризуются прочностью на сжатие 20—40 МПа. Породы с миндалекаменной текстурой значительно прочнее пузырчатых, но благодаря своей неоднородности уступают в прочности массивным разновидностям. Сходное влияние оказывает и порфировая структура, характерная не только для эффузивных, но и для дайковых пород, а также для пород малых интрузий.
Осадочные грунты
Совокупность геологических процессов, определяющих современный состав, строение, состояние и свойства осадочных горных пород, принято называть литогенезом. Процессы литогенеза условно разделяют на ряд стадий: гипергенез — выветривание — разрушение кристаллических и других пород, образование новых минералов, обломков пород и минералов, коллоидных и истинных растворов; седиментогенез — перенос и отложение материала — образование осадка; диагенез — превращение осадка в осадочную породу; катагенез — изменения осадочной породы; метагенез — глубокие изменения осадочной породы — образование метаморфизованных осадочных пород. Последние две стадии иногда объединяют одним понятием — эпигенез.
