0

ТЕОРИЯ ОБРАЗОВАНИЯ СТРУКТУР В ПОРОДЕ

Рубрику «Сырье» хочу начать из конспекта книги «Микроструктура глинистых пород», которая была написана В.И.Осиповой, В.Н.Соколовой и Н.А.Румянцевой и выпущена издательством «Недра» в 1989 году.

Если вас заинтересует конспект, вы всегда можете обратиться к первоисточнику.

 

СОВРЕМЕННОЕ ПОНИМАНИЕ СТРУКТУРЫ 

СТРУКТУРА – ЭТО СОВОКУПНОСТЬ МОРФОМЕТРИЧЕСКИХ, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ СТРОЕНИЯ ПОРОДЫ

Структура – это качество керамического сырья, которое отражает условия его формования и определяет его свойства.

В геологии для определения структур в породах существует два направления:

  1. Морфометрический.
  2. Энергетический.
МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ

В первом случае под понятием «структура» понимают соотношение структурных элементов в породе и их морфометрические особенности.

По А.Н. Заварицкому «под «структурой» понимаются особенности строения горных пород, которые обусловлены размером, формой и взаимным расположением их составных частей».

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ

Во втором случае понятие основывается на характере взаимодействий энергий связи структурных элементов и энергией всей конструкции в целом. Этот метод позволяет увидеть не только особенности строения породы, но и изучить ее свойства.

Энергетический принцип определения структур лег в основу физико-химической механики дисперсных систем, которую развил П.А. Ребиндер с учениками.

Структуру сырья для производства керамического кирпича необходимо рассматривать в совокупности морфометрических, энергетических и геометрических показателей породы

 
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ

К числу важных признаков строения породы можно отнести геометрию или пространственную композицию структуры.

Здесь необходимо различать два понятия:

  •  «структура» породы – этот термин можно употреблять тогда, когда речь идет о строении глинистого сырья в целом, включая распределение его составных частей в пространстве;
  •  «текстура» породы, — это понятие акцентирует внимание на пространственном распределении ее структурных элементов.

Морфометрические, энергетические и геометрические показатели структуры образуются в процессе формирования и дальнейшего развития породы под воздействием внутренних и внешних факторов.

Внутренние факторы — это состав породы (твердый, жидкий, газообразный или биотический), количественное соотношение ее компонентов и процессы их взаимодействия.

Например, как можно рассматривать структуру глинистого сырья без учета воды в его составе? С удалением воды наблюдается кардинальная перестройка структуры. Происходит уплотнение глины, структурные элементы агрегируются или меняются связи между ними. Это приводит к существенному повышению прочности структуры глинистой породы.

Похожие изменения, но в меньшем масштабе, наблюдаются и в других породах. Магматические и метаморфические горные породы с устоявшимися кристаллизационными структурами при насыщении водой также могут снижать прочность или размягчаться из-за разрушения структурных связей.

Понятие структуры можно сформулировать так: «структура – это организация вещества породы в пространстве, которая обладает совокупностью морфометрических, энергетических и геометрических признаков и определяется составом, пропорцией и связями отдельных компонентов породы».

СТРУКТУРА ГЛИНИСТЫХ ПОРОД И ЕЕ СИСТЕМНЫЕ ПРИЗНАКИ

Можно сказать, что порода – это система, которая состоит из элементов (или подсистем). Структура любой системы, характеризуется связями и взаимодействиями отдельных частей (или подсистем) между собой. Из этого следует, что структура каждой системы, в том числе и глинистой породы, имеет пространственно-временные характеристики.

Сырье для производства керамического сырья обладает динамической структурой, которая находится в зависимости от внешних и внутренних факторов и может менять свое состояние в течение времени.

В результате перехода из одного состояния в другое в структуре любой породы происходят массо- и энергообменные процессы.

Энерго- и массообменные процессы в случае прогрессивного литогенеза имеют направление извне внутрь породы и усиливают внутреннюю энергию, делая ее структуру более прочной.

Изменение энергии структуры породы (dU) можно вычислить по формуле:

dU = δQ + ∑UiδMi – δAi, где:

δQ –количество тепла, полученное веществом;

Ui –энергия, которую переносит один моль вещества;

δMi – число молей вещества, приносимое в систему;

δAi – работа, которая совершается при смене объема системы.

В случае регрессивного литогенеза процессы массо- и энергообмена имеют обратную направленность – изнутри наружу или из породы во внешнюю среду.

Под воздействием геологических процессов происходит не только массо-и энергообмен в структуре пород, но и меняются их морфометрические и геометрические признаки.

В глинистом сырье под воздействием процесса литификации происходят такие взаимопереходы геометрических строений структуры – ячеистая – матричная – турбулентная.

Степенью организации структуры любой системы выступает энтропия. Чем больше степень организованности системы – тем меньше ее энтропия. Процессы, которые вызывают повышение внутренней энергии, приводят к снижению структурной энтропии системы.

Наибольшую энтропию имеет ячеистый тип структур глинистых систем. Частицы их имеют минимальную степень агрегации и не имеют какой-либо преимущественной ориентации в пространстве. Основные композиционные элементы или ячейки имеют сферическую форму и минимально уплотнены.

Самую меньшую энтропию имеют турбулентные структуры керамического сырья. Они состоят из крупных агрегатов глинистых частиц, которые хорошо ориентированы в плоскости напластовывания и хорошо уплотнены.

Если сравнить степень организованности структуры всех типов пород, которые были развиты в коре земли, то наибольшую энтропию имеют структуры поверхностных пород. Наименьшей энтропией обладают структуры пород глубинных – магматических и метаморфических.

Исходя из второго начала термодинамики в замкнутых системах, самопроизвольно происходят процессы, которые направлены на повышение энтропии. К таким процессам можно отнести диспергацию, увеличение изометричности или сферичности элементов, дезориентацию или разупорядочение структурных элементов и др.

В природе поддержание организованности и упорядоченности системы происходит в результате воздействия энергии, которую она поглощает извне. Ее можно назвать отрицательной энергией или негэнтропией.

Когда количество негэнтропии больше прироста энтропии, то в системе происходит повышение организованности и упорядоченности структуры. Это характерно для формирования структур пород в результате прогрессивного литогенеза и метаморфизма. В этом случае структура пород со временем становится более прочной.

В результате регрессивного литогенеза или выветривания происходят обратные процессы, которые ведут к снижению организованности и повышают структурную энтропию системы. Это процессы разуплотнения, разрушения, дезориентации и диспергации структурных элементов.

СТРУКТУРА ГЛИНИСТЫХ ПОРОД — УРОВНЕВЫЙ ПОДХОД К ПОНИМАНИЮ

Пласты пород земной коры, как структура, являются сложно организованной системой. В этой системе можно выделить определенные уровни организации вещества, которые обладают иерархичностью:

  • Минеральный уровень представляет структуру минералов.
  • Горнопородный или фациальный уровень представляет структуру пород.
  • Формационный уровень представляет структуру геологических тел, которые сложены организацией горных пород в виде формаций, субформаций и геолого-генетических комплексов.

Эдуард Цыбулько

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *