Большая Советская Энциклопедия (ГО) - БСЭ БСЭ

  Как физическое тело Г. п. характеризуется группой базисных свойств, в которую входят плотностные, упругие, прочностные, тепловые, электрические и магнитные свойства. Ниже приведены наиболее вероятные пределы изменения базисных свойств Г. п.:

  Пористость                                                                            до 60%

  Плотность                                                                              800—8000 кг/м3

  Модуль Юнга                                                                         10—200 Гн/м2

  Коэффициент Пуассона                                                         0,07—0,38

  Предел прочности на сжатие                                     до 500 Мн/м2

  Предел прочности на растяжение                                         до 20 Мн/м2

  Удельная теплопроводность                                                 0,1—10 вт/ (м•К )

  Коэффициент линейного расширения                                   1×10-6 ¾9×10-5 1/°C

  Удельное электрическое сопротивление                              10-3 —1014 ом ×м

  Относительная диэлектрическая проницаемость                  2—30

  Относительная магнитная проницаемость                              0,9998—4

  Свойства Г. п. обусловлены их минеральным составом и строением, а также внешними условиями. Важными параметрами, определяющими свойства Г. п., являются её пористость и трещиноватость. Поры могут быть частично заполнены жидкостью, поэтому свойства Г. п. зависят одновременно от свойств твёрдой, газообразной и жидкой фаз и их взаимного соотношения. Пористость и трещиноватость особенно важны при оценке Г. п. как коллекторов нефти и воды, а также скорости их притекания к источнику, буровой скважине и т. д. Ею же определяются влаго- и газоёмкость Г. п. и их водо- и газопроницаемость. В магматических Г. п. количество газовых пустот может достигать 60—80% (пемзы и пемзовые туфы). В осадочных Г. п. поры создаются в момент осадкообразования (межзерновые поры) и могут закрываться или сохраняться при цементации. Большое количество пор возникает при накоплении пористых зёрен (раковины радиолярий и диатомовых). Метаморфические Г. п. обычно бедны порами и имеют только трещины, вызываемые охлаждением Г. п.

  С пористостью и минеральным составом тесно связана плотность Г. п., которая в породах, лишённых пористости, определяется слагающими их минералами. Рудные минералы имеют высокую плотность (до 5000 кг/м3 у пирита и 7570 кг/м3 у галенита); меньшая плотность характерна для минералов осадочных пород (например, каменная соль имеет плотность 2100 кг/м3 ). Плотность Г. п. из-за пористости может сильно отличаться от плотности слагающих её минералов. Так, пемзовые туфы Армении имеют плотность около 800—900 кг/м3 , граниты, мраморы, плотные известняки и песчаники — около 2600 кг/м3 . Плотность Г. п. легко рассчитывается по минеральному составу и пористости; возможны и очень полезны обратные расчёты.

  Такие свойства Г. п., как теплоёмкость, коэффициент объёмного теплового расширения и др. определяются в первую очередь минеральным составом, прочностные же и упругие свойства Г. п., их теплопроводность и электропроводность зависят главным образом от строения пород и особенно сил связей между зёрнами. Так, наличие преимущественной ориентировки зёрен приводит к анизотропии свойств. В создании анизотропии свойств может участвовать также ориентированная трещиноватость.

  Свойства Г. п., определённые вдоль и поперёк слоистости или прожилковатости, как правило, отличаются друг от друга. При этом модуль Юнга, предел прочности на растяжение, теплопроводность, электрическая проводимость, диэлектрическая и магнитная проницаемости больше вдоль слоистости, а предел прочности на сжатие — поперёк слоистости. У мелкозернистых Г. п. прочностные свойства выше, а у крупнозернистых ниже. Особенно высокие значения предела прочности на сжатие имеют мелкозернистые породы с волокнистым строением (например, нефрит до 500 Мн/м2 ). Низкий предел прочности на сжатие имеют многие осадочные породы (каменная соль, гипс и др.). Упругие свойства пород определяют их акустические (скорость распространения, коэффициент преломления, отражения и поглощения упругих волн) и электромагнитные свойства (соответственно скорости распространения, коэффициент поглощения, отражения и преломления электромагнитных волн). Г. п., как правило, плохие проводники тепла, причём с повышением пористости их теплопроводность ухудшается. Большей теплопроводностью обладают породы, содержащие полупроводники, — графит, железные и полиметаллические руды и т. д. По электропроводности большинство Г. п. относится к диэлектрикам и полупроводникам. Магнитные свойства Г. п. в первую очередь определяются присутствующими в них ферромагнитными минералами (магнетит, титаномагнетит, гематит, пирротин).

  Свойства Г. п. зависят также от воздействия механического. (давление), теплового (температура), электрического, магнитного, радиационного (напряжённости) и вещественного (насыщенность жидкостями, газами и т. д.) полей. При насыщении скальных пород водой увеличиваются упругие параметры, теплопроводность, теплоёмкость, электрическая проводимость и диэлектрическая проницаемость; при насыщении водой легко растворимых минералов (галоидные соединения), а также глинистых пород их упругие и прочностные показатели уменьшаются. Изменение свойств пород под воздействием давления вызвано уплотнением пород, смятием пор, увеличением площади контакта зёрен. С увеличением давления обычно возрастают электропроводность, теплопроводность, прочность и т. д. Повышение температуры снижает упругие и прочностные и усиливает пластические характеристики пород, уменьшает теплопроводность, увеличивает теплоёмкость, электропроводность и диэлектрическую проницаемость. Появление внутренних термонапряжений за счёт различного теплового расширения отдельных минералов приводит к возрастанию или к уменьшению упругих и прочностных свойств пород в зависимости от направления результирующих напряжений. Перестройка кристаллической решётки минералов от нагрева (полиморфные превращения и др.) вызывает аномальные точки на графике зависимости свойств от температуры. Так, для кварцитов наблюдается минимальное значение модуля Юнга и максимальное значение коэффициента линейного расширения в точке полиморфного перехода b-кварца в a-кварц (573°C). Воздействие тепла приводит также к спеканию, разложению, плавлению, возгонке, испарению отдельных минералов, что соответственно изменяет свойства пород. Напряжённость и частота электромагнитных полей оказывают наибольшее влияние на электромагнитные и радиоволновые свойства пород. Это обусловлено энергетическим воздействием полей на частицы пород, в результате чего происходит их электрическая и магнитная переориентировка (поляризация и намагничивание), возбуждение электронов и ионов. Так, повышение напряжённости приводит к росту электропроводности, диэлектрической и магнитной проницаемостей.

  Как объект горных разработок Г. п. характеризуются различными технологическими свойствами — крепостью, абразивностью, твёрдостью, буримостью, взрываемостью и т. д. Крепость оценивает сопротивляемость пород механическому разрушению, абразивность — способность пород истирать режущие кромки рабочих механизмов и т. д. С целью выбора рациональных методов и механизмов разрушения применяются различные классификации Г. п. по технологическим свойствам (например, в практике горного дела широко применяется классификация Г. п. по крепости, предложенная проф. М. М. Протодьяконовым-старшим).

  Изучение вещественного состава, физических и физико-химических свойств Г. п. являются основным источником информации в геофизике, геологии (в т. ч. инженерной) и в горном производстве. См. также Горное дело .

  Лит.: Кузнецов Е. А., Петрография магматических и метаморфических пород, М., 1956; Барон Л. И., Логунцов Б. М., Позин Е. З., Определение свойств горных пород, М., 1962; Ржевский В. В., Новик Г. Я., Основы физики горных пород, М., 1967; Ронов А. Б., Ярошевский А. А., Химическое строение земной коры, «Геохимия», 1967, № 11; Справочник физических констант горных пород, пер. с англ., М., 1969; Минералы и горные породы СССР, М., 1970; Швецов М. С., Петрография осадочных пород, М., 1958; Huang W. Т., Petrology, N. Y., 1962.

  Г. Я. Новик, В. П. Петров, В. В. Ржевский, А. Б. Ронов.

Горные почвы

Го'рные по'чвы, группа почв, развитых в горах и принадлежащих почти ко всем известным на Земле типам почв. Распространение Г. п. подчинено главным образом вертикальной (высотной) зональности — изменению их с поднятием в горы в зависимости от изменения климатических условий. Г. п. подразделяют, как и почвы равнинных территорий, на тундровые подзолистые, бурые лесные, серые лесные чернозёмы, каштановые, бурые полупустынные, серозёмы, коричневые, краснозёмы, красно-жёлтые ферралитные влажнотропических лесов, солончаки, болотные и многие др. Преобладающая часть Г. п. образуется на склонах значительной крутизны, где в результате процессов денудации наблюдаются их малая мощность, щебнистость и богатство первичными минералами; последнее обусловливает большое значение внутрипочвенного выветривания в формировании Г. п. (особенно в условиях влажного тёплого климата где выветривание протекает достаточна интенсивно). Для Г. п. характерно широкое развитие склоновых (боковых) токов почвенной влаги, обусловленных значительной крутизной склонов и хорошей водопроницаемостью щебнистых толщ. Эти особенности Г. п., вместе со своеобразием условий рельефа, в которых они образуются, приводят к необходимости отличать их от почв равнинных территорий и выделять на почвенных картах под названиями «горные тундровые», «горные краснозёмы», «горные чернозёмы» и т. д.