Основные принципы классификации минералов. Что такое минерал? Классификация минералов по происхождению

Каждый человек хотя бы раз в жизни видел минералы - продукты естественных химических реакций, происходивших внутри земной коры миллионы лет назад. При этом далеко не все могут рассказать о том, что такое минерал, и для чего он нужен. В нашей статье будет подробно рассказано о типах минеральных отложений, а также о способах их использования.

Что такое минерал?

Минералами называют твердые неорганические вещества природного происхождения. Они обладают кристаллической структурой, что и является основной их отличительной особенностью. Некоторые минералы могут производиться искусственным путем. Независимо от происхождения они будут обладать рядом полезных свойств.

Существуют ли жидкие минералы? Если брать обычные условия жизни, то да. Это, например, естественная ртуть - самородное вещество, обладающее твердостью только при низкой температуре. Некоторые виды льдов ученые также относят к минералам. Однако воду к рассматриваемой группе не причисляют.

Вопрос о том, что такое минерал, не до конца решен и по сей день. Так, немногочисленные специалисты относят нефть, битумы и асфальты к группе минеральных веществ. Целесообразность таких утверждений сомнительна.

Типы минералов

По Бауэру и Ферсману, химикам конца XIX века, все минеральные породы делятся на самоцветы, органогенные камни и цветные вещества. Такая классификация имеет столь своеобразный вид из-за глубокого убеждения прагматичных академиков, что все камни и минералы предназначены для изготовления различных изделий - инструментов и украшений.

Дабы лучше разобраться в вопросе о том, что же представляют собой минеральные вещества, стоит привести наиболее распространенную научную классификацию. Согласно структурно-химическому принципу, минералы делятся на породообразующие - составляющие большинство горных пород, а также редкие, рудные и акцессорные (не слагающие больше 5% от породы).

Самородный класс минералов включает в себя металлы и металлоиды. Рудные вещества образуют большую часть самородной группы. Акцессорные минералы характеризуются особой редкостью.

Химическая классификация

Химическая структура большинства минералов примерно одинаковая. В настоящее время принято деление рассматриваемых веществ на классы. Получается следующая классификация:

• Силикаты. Многочисленный класс, включающий в себя более 800 различных минеральных отложений. Силикаты составляют большинство метаморфических и магматических пород. Некоторые минералы здесь отличаются общностью построения и состава. В качестве примера стоит выделить пироксены, слюды, полевые шпаты, амфиболы, глинистые материалы и многое другое. Состав большинства силикатов именуется алюмосиликатным.
• Карбонаты. В число этого класса входит порядка 80 минеральных пород. Здесь распространены доломиты, кальциты и магниты. Происхождением обязаны отдельным водным растворам. Разрушаемы в кислотах.
• Галоиды - группа из ста различных минералов. Являются легкорастворимыми, образуются из осадочных пород. Самое частое вещество - галит.
• Сульфиды - минералы, разрушаемые в зоне выветривания. Типичным представителем является пирит.
• Сульфаты. Обладают светлой окраской и невысоким уровнем твердости. Наибольшее распространение получил гипс.
• Оксиды и гидроксиды. Составляют порядка 17% от массы земной коры. Основные виды - опалы, лимониты и кварцы.

Таким образом, почти все минералы обладают похожими признаками, хоть и состав у веществ различный.

Разнообразие минералов

Что такое минерал? Ответить на этот вопрос непросто. Следует учитывать, что в сегодняшнем мире существует более 4 тыс. различных типов подземных богатств. Минералы ежегодно открываются и "закрываются". Например, найденное в горных породах вещество одним своим существованием доказывает несостоятельность целой классификации, составленной учеными. Такие случаи - далеко не редкость.

Фото силикатов представлено вашему вниманию ниже.

Следует учитывать, что 4 тыс. минералов - это не такая уж и большая цифра. Если сравнивать ее с общим количеством неорганических соединений, то разница будет очевидна: последних содержится около миллиона видов. Чем объясняют геологи столь небогатое разнообразие минеральных богатств? Во-первых, распространенностью элементов в Солнечной системе. На нашей планете преобладают кремний и кислород. Соединение этих веществ приводит к появлению силикатов - подавляющей минеральной группы на Земле. С другой стороны, минералы так рассеяны, что поиски новых элементов будет делом еще нескольких сотен поколений. Вторая причина ограниченности минералов - это неустойчивость большинства химических соединений.

Происхождение минералов

Ученые называют три основных пути происхождения горных минералов. Первый вариант именуется эндогенным. Подземные раскаленные сплавы, которые принято называть магматическим веществом, внедряются в земную кору, а после застывают там. Сама магма образуется вследствие извержения вулканов. Она проходит три стадии: из раскаленного состояния магма становится твердой - это результат пегматитовых процессов. После она окончательно застывает. Это следствие постмагматических процессов.

Есть также экзогенный вариант происхождения минералов. В данном случае происходит физическое и химическое разложение веществ. Одновременно формируются новые образования, обладающие большой уступчивостью к среде. Простой пример: в результате выветривания эндогенного материала образуются кристаллы.

Последний способ происхождения минералов имеет метаморфический характер. Все вещества будут изменяться под воздействием определенных условий - вне зависимости от вариантов образования горных пород. По сути, меняется первоначальный образец - он приобретает новые свойства и элементы состава.

Свойства минералов

Важнейшим свойством любого минерального образования является наличие кристаллохимической структуры. Все остальные признаки рассматриваемых пород вытекают именно отсюда.

На сегодняшний день разработана единая классификация диагностических признаков, свойственных минеральным веществам. Здесь следует выделить твердость, определяемую по шкале Мооса, а также цвет, блеск, излом, спайность, магнитность, хрупкость и побежалость. Каждое свойство рассматриваемых пород будет подробно изучено далее.

Понятие твердости

Что такое твердость? Существует несколько определений для этого понятия. Наиболее распространенное описание характеризует твердость как уровень сопротивления определенного тела царапающему, сдавливающему или режущему воздействию. Уровень твердости определяется по шкале Мосса. В ней подобраны специальные горные породы, каждая из которых характеризуется способностью царапать поверхности острым концом. Мосс составил десятку из наиболее распространенных элементов. Самым мягким материалом здесь является тальк и гипс. Как известно, гипс, попадая в воду, увеличивается в размере до 30%. Самая твердый тип и порода минерала - это алмаз.

Проведение веществом по стеклу должно оставлять за собой царапины различной глубины. Сам факт существования царапины уже присваивает минералу как минимум пятый класс из десяти. Самые твердые вещества встречаются в группах минералов, обладающих неметаллическим блеском. Именно блеск является вторым важным свойством минералов, и он напрямую взаимосвязан с твердостью.

Блеск

Уровень блеска металлов проверяется за счет отражения от них лучей солнца. Существует два уровня блеска - металлический и неметаллический. К первой группе относятся породы, дающие при резьбе по стеклу черную черту. Такие вещества непрозрачны даже в очень тонких осколках. К видам подземных минералов с неметаллическим блеском относят графит, магнетит, уголь и некоторые другие вещества. Все они плохо отражаются на солнце и дают темную черту. Небольшую часть материалов с металлическим отблеском составляют вещества, дающие цветную черту: зеленую (золото), красную (медь), белую (серебро) и т.д.

Минералы с металлическим блеском лучше отражают солнечный свет. Сами по себе они обладают высокой твердостью. Особое место здесь занимает руда.

Цвет

Цвет, в отличие от твердости и блеска, не является постоянным признаком для большинства минералов. Так, твердость или блеск со временем остаются неизменными. Окраска же меняется в зависимости от условий хранения. В качестве примеров минералов, редко меняющих свой цвет, следует выделить малахит, который никогда не поменяет своего зеленого цвета, и золото, всегда остающееся желтым.

Фото малахита вы можете увидеть ниже.

Цвет меняется и от состояния минерала. Например, в геологии распространено понятие цвета черты. Минерал, поцарапавший стеклянную поверхность, оставляет за собой небольшое количество порошка, который и образует собой черту. Цвет такого порошка часто отличается от природной окраски камня. Все дело в составе минерала: в него может входить кальцит, который меняет окраску в зависимости от количества и способа смешения с другими веществами.

Излом и спайность

Под спайностью понимается свойство минерала расщепляться или раскалываться в определенном направлении. Так, после разлома чаще всего образуется гладкая блестящая поверхность. Чтобы добиться такого результата, нужно расщеплять минерал по строго определенной линии. Существует пять градаций спайности:

Диагностическим признаком для многих минералов является наличие сразу нескольких направлений спайности. По итогу расщепления минерал имеет изломы, который также обладает определенными свойствами. Так, ученые выделяют пять типов излома:

• раковистый - похож на раковину;
• занозистый - для излома характерны волокнистости или материалы волокнистого содержания;
• неровный - наличие несовершенной спайности (например, у апатита);
• ступенчатый - по результатам спайности образуется почти идеально гладкая поверхность (местами может иметь, однако, неровности в виде ступенек);
• ровный - на поверхности минерала по результатам спаивания отсутствуют какие-либо заметные изгибы или неровности.

Существует и ряд других признаков, по которым можно определять минералы. Это, например, побежалость - наличие тонкой цветной пленки, образующейся на веществе по результатам выветривания или окисления. Также следует выделить хрупкость, указывающую на прочность минерала, и магнитность, характеризующуюся содержанием двухвалентного железа.

Минералы в промышленности

В каких сферах общественной деятельности применяются минералы? Это строительство, металлургия, а также химическое производство.

Строительные материалы нередко разбавляются определенными минералами, что позволяет отрегулировать прочность и качество вещества. В химической промышленности присутствие рассматриваемых элементов также не является редкостью. Минеральные компоненты используют в косметической, медицинской и пищевой сферах. Например, в аптеках представлено немало препаратов, включающих в себя витамины и минералы. Эти два компонента отлично взаимодействуют, дополняют друг друга. Они способствуют укреплению здоровья людей и улучшению их внешнего вида.

Добыча и изучение минералов всегда считались важными и актуальными занятиями. Необходимо всячески поддерживать проведение научных изысканий в области геологии, а также активно применять витамины и минералы в повседневной жизни.

Классы самородных элементов и сульфидов.

Из наиболее распространенных минералов первого класса можно назвать серу S . Используется в химической промышленности для получения серной кислоты, в сельском хозяйстве и в ряде других отраслей.

Графит С связан преимущественно с процессами метаморфизма. Широко применяется в металлургии, для производства электродов и др. К этому же классу относятся такие ценные минералы, как алмаз, золото, платина и др.

К классу сульфидов принадлежат многочисленные минералы - руды металлов.

Галенит, или свинцовый блеск PbS ,- встречается в виде кристаллических агрегатов, реже - отдельных кристаллов и их сростков. Сингония кубическая. Цвет свинцово-серый; черта серовато-черная, блестящая; блеск металлический; непрозрачный.

Сфалерит, или цинковая обманка ZnS , - встречается в виде кристаллических агрегатов, реже сростков кристаллов кубической сингонии. Цвет бурый, редко бесцветный, примесями железа бывает окрашен в черный; черта желтая, бурая; блеск алмазный, металловидный; просвечивает; спайность совершенная.

Класс галоидных соединений.

К нему относятся минералы, представляющие соли фтористо-, бромисто-, хлористо-, йодистоводородных кислот.

Наиболее распространенными минералами этого класса являются хлориды, образующиеся главным образом при испарении вод поверхностных бассейнов. Известны выделения хлоридов и из вулканических газов.

Галит NaCI - образует плотные кристаллические агрегаты, реже кристаллы кубической формы. Чистый галит бесцветный или белый, чаще окрашен в различные светлые цвета; гигроскопичен, соленый на вкус. Используется в пищевой промышленности, в химической для получения хлора, натрия и их производных.

Сильвин КСl - близок по происхождению и по физическим свойствам к галиту, с которым часто образует единые агрегаты. Отличительный признак - горько-соленый вкус. Применяется в основном как сырье для калийных удобрений, в химической промышленности.

Фториды связаны преимущественно с гидротермальными, а также с магматическими и пневматолитовыми процессами (греч. "пневма" - дух, газ). В экзогенных условиях образуются редко. К ним относится флюорит, или плавиковый шпат - CaF 2 , встречающийся в виде зернистых скоплений, отдельных кристаллов и их сростков.

Класс оксидов и гидроксидов.

По количеству входящих в него минералов занимает одно из первых мест: на его долю приходится около 17% всей массы земной коры. Из них около 12,5% составляют оксиды кремния и 3,9% - оксиды железа. Минералы этого класса образуются как в эндогенных, так и в экзогенных условиях.

Кварц SiО 2 - широко распространенный в земной коре породообразующий минерал. Кварц встречается в виде зернистых агрегатов, плотных масс, зерен в породах, в пустотах образует кристаллы и их сростки. Кристаллы имеют сложную форму, основой которой является шестигранная призма, оканчивающаяся ромбоэдрами. Цвет разнообразный - бесцветный, белый, серый, встречаются окрашенные разности. Окраска лежит в основе выделения разновидностей кварца: горный хрусталь - бесцветные прозрачные кристаллы; дымчатый кварц - серо-дымчатые, бурые; аметист - фиолетовые кристаллы; морион - черные и др.; просвечивает, реже прозрачен. Кварц выделяется при кристаллизации магмы, выпадает из горячих растворов и паров, возникает в процессе метаморфизма. В экзогенных условиях образуется редко. Химически устойчив в любых условиях.

Халцедон SiO 2 -скрытокристаллический минерал, образующий плотные, часто натечные массы. Цвет различный, часто желто-бурых тонов. Кварц и халцедон используются в стекольной, химической промышленностях, в строительстве, горный хрусталь (пьезокварц) - в оптике и радиотехнике. Красиво окрашенные разновидности применяются в ювелирном деле. Месторождения многочисленны.

Опал SiO 2 .nH 2 O - аморфный минерал. Образует плотные, часто натечные массы, слагает некоторые осадочные породы органогенного происхождения. Бесцветный, белый, серый, примесями бывает окрашен в различные цвета. Образуется при выветривании силикатов, в результате жизнедеятельности некоторых организмов; выпадает и из горячих растворов, образуя гейзериты. Используется в ювелирном деле как поделочный камень, в строительстве как абразивный материал.

Широко распространены в природе минералы оксида железа. Гематит, или железный блеск Fe 2 О 3 , образует плотные мелкокристаллические агрегаты чешуйчатого строения, скрытокристаллические массы (красный железняк), а также желваки (конкреции) радиально-лучистого или скорлуповатого строения. Цвет от желто-серого, стально-серого и почти черного у кристаллических разностей до темно-красного у скрытокристаллических; цвет черты от красно-бурого до вишнево-красного.

Магнетит, или магнитный железняк FeО.Fе 2 О 3 , или FeFe 2 О 4 , обычно образует плотные кристаллические агрегаты. Сингония кубическая. По свойствам напоминает кристаллическую разновидность гематита, но отличается от него черным цветом черты и магнитными свойствами. Образование гематита и магнетита связано главным образом с эндогенными процессами - магматическими, гидротермальными и метаморфическими. Гематит может возникать и в экзогенных условиях (при выветривании, в морской среде).

Лимонит, или бурый железняк,- это агрегат близких минералов - гётита FeOOH , гидрогётита FeOOH.nН 2 О , лепидокрокита FeO(OH) и глинистых частиц, соотношения которых непостоянны. Лимонит образует плотные натечные или землистые рыхлые массы, конкреции и оолиты. Часто можно наблюдать в одном образце переходы плотных разностей в рыхлые. Цвет у рыхлых разностей охристо-желтый, у плотных - черный; черта соответственно желто- бурая или бурая. Образование лимонита связано с выветриванием железосодержащих минералов, а также с выпадением из поверхностных вод, причем в этом процессе большую роль играют микроорганизмы.

Ценным полезным ископаемым на алюминий является боксит, представляющий собой, подобно лимониту, агрегат минералов - оксидов и гидроксидов алюминия: диаспора АlOOН , гидраргиллита Аl(ОН) 3 , бемита АlO(ОН) с примесью оксидов железа, оксида кремния и др. Встречаются в виде землистых рыхлых или твердых масс, часто образуют оолитовые скопления. Цвет белый, серый, желтый, чаще красный, буро-красный. Образуются при выветривании горных пород, которые богаты минералами, содержащими алюминий, и при последующем переотложении продуктов выветривания.

Класс карбонатов объединяет большое число минералов, для которых характерна реакция с соляной кислотой, сопровождающаяся выделением углекислого газа. Интенсивность реакции помогает различать минералы - карбонаты, близкие по многим свойствам. Они часто светлоокрашенные, со стеклянным блеском; твердостью 3-4,5; спайностью совершенной в трех направлениях. Образование карбонатов связано главным образом с поверхностными химическими и биохимическими процессами, а также с метаморфическими и гидротермальными.

Кальцит, или известковый шпат Са[СО 3 ],- один из наиболее распространенных в земной коре минералов, участвующих в строении как осадочных, так и метаморфических пород. Встречается в виде кристаллических и скрытокристаллических агрегатов различной плотности, в пустотах в виде разнообразных натечных форм, кристаллов и их сростков. Цвет разнообразный - от бесцветного и белого, изредка до черного; (бесцветные прозрачные кристаллы кальцита, обладающие двулучепреломлением, называются исландским шпатом); бурно реагирует ("вскипает") с соляной кислотой. Применение разнообразно: в строительстве, в металлургической и химической промышленностях, как поделочный камень, исландский шпат - в оптике.

Доломит CaMg[СO 3 ] 2 - распространенный минерал, образующий кристаллические и землистые агрегаты. От кальцита отличается несколько большей твердостью и плотностью, а главное, реакцией с соляной кислотой, которая идет только с порошком доломита. Используется в металлургии и строительстве.

Минералы класса сульфатов осаждаются в поверхностных водоемах, образуются при окислении сульфидов и серы в зонах выветривания, реже связаны с вулканической деятельностью.

Ангидрит Ca- образует плотные мелкокристаллические скопления. Цвет белый, часто с голубым или серым оттенком; блеск стеклянный, перламутровый; прозрачен, чаще просвечивает; спайность совершенная в одном направлении и средняя в двух. Используется для производства цемента, для поделок.

Наиболее распространенным минералом класса сульфатов является гипс Ca 2 H 2 O , встречающийся в виде мелкокристаллических и землистых агрегатов, отдельных кристаллов и их сростков. Обычно белый, бывает окрашен в светлые тона; блеск стеклянный, перламутровый, шелковистый; прозрачный или просвечивает; спайность в одном направлении весьма совершенная, в другом средняя. Используется в строительстве, в химической промышленности, медицине и др.

Класс фосфатов . Наиболее распространенным минералом является апатит Са 5 [РO 4 ] 3 (F,ОН,Cl) (содержание фтора, хлора и гидроксильной группы колеблется). Встречается в виде кристаллических агрегатов и отдельных кристаллов. Цвет бесцветный, чаще бледно-зеленый и зеленовато-голубой. Происхождение магматическое. Широко используется для производства удобрения и в химической промышленности.

Класс силикатов . Минералы этого класса широко распространены в земной коре (свыше 78%). Они образуются преимущественно в эндогенных условиях, будучи связаны с различными проявлениями магматизма и с метаморфическими процессами. Лишь немногие из них возникают в экзогенных условиях. Многие минералы этого класса являются породообразующими магматических и метаморфических горных пород, реже осадочных.

Силикаты характеризуются сложным химическим составом и внутренним строением. Минералы содержащие ионы алюминия называются алюмосиликатами.

Внутренняя структура силикатов и алюмосиликатов в значительной степени обусловливает их свойства: минералы с островной структурой, характеризующейся плотной упаковкой ионов, часто образуют изометричные кристаллы, обладают большой твердостью, плотностью и несовершенной спайностью. Минералы с линейно вытянутыми структурами (цепочечными и ленточными) образуют призматические кристаллы, обладающие хорошо выраженной спайностью в двух направлениях вдоль длинной оси структуры. Минералы с слоевой структурой образуют таблитчатые кристаллы с весьма совершенной спайностью, параллельной "слоям" структуры.

Островные силикаты . Оливин, или перидот, (Mg,Fe) 2 , форстерит (бесцветный) Mg 2 и фаялит (черный) Fe 2 . Встречается обычно в виде зернистых агрегатов или отдельных зерен, вкрапленных в породы.

Цвет желто-зеленый, оливковый до черного. Разновидности, содержащие мало железа, употребляются для изготовления огнеупорного кирпича, хризолит (желто-зеленая разновидность) - драгоценный камень.

Цепочечные и ленточные силикаты и алюмосиликаты . Цепочечной структурой обладают минералы группы пироксенов, а ленточной - амфиболов. Минералам группы амфиболов свойственны длинностолбчатые, игольчатые или волокнистые шестигранные кристаллы.

Авгит (Ca,Na) (Mg,Fe 2+ ,AlFe 3+) [(Si,Al) 2 O 6 ] встречается в кристаллических агрегатах. Цвет зеленовато- черный и черный; блеск стеклянный.

Одним из наиболее распространенных минералов группы амфиболов является роговая обманка (Ca,Na) 2 (Mg,Fe 2+) 4(Al,Fe 3+) (OH) 2 [(Si,Al) 4 O 11 ] 2 . По свойствам близка к авгиту, отличаясь формой кристаллов и взаимным расположением плоскостей спайности, а также несколько меньшей плотностью.

К листовым (слоевым) силикатам и алюмосиликатам относится большое количество минералов, из которых многие являются породообразующими магматических, метаморфических и глинистых осадочных горных пород. Обладают весьма совершенной спайностью в одном направлении, параллельном "листам" кристаллической структуры, и небольшой твердостью.

Наиболее распространенными минералами этой структурной группы являются слюды, зерна которых встречаются во многих магматических и метаморфических породах; в жилах отдельные кристаллы слюд достигают в сечении нескольких квадратных метров. Происхождение магматическое, гидротермальное, метаморфическое.

Биотит K(Mg,Fe) 3 (OH,F) 2 . Цвет черный, бурый, иногда зеленоватый; блеск стеклянный, местами перламутровый; как у всех слюд, листочки, отделяющиеся по спайности, упругие.

Мусковит 3KAl 2 (OH) 2 по многим свойствам близок к биотиту, но имеет почти бесцветную окраску со светло-розовым или серым оттенком, прозрачен в тонких листочках. Используется в электропромышленности, радиотехнике, приборостроении, для изготовления огнестойких строительных материалов, красок, смазочных материалов и др.

Тальк Mg 3 (OH) 2 образует кристаллические агрегаты, реже отдельные крупные кристаллы и их сростки. Цвет белый, светло-зеленый; блеск стеклянный, перламутровый, у плотных мелкозернистых агрегатов матовый; листочки, отделенные по спайности, гибкие, неупругие (на ощупь жирный). Широко используется как огнеупорный материал, при изготовлении изоляторов, в парфюмерии и пр.

Серпентин (змеевик) Mg 6 (OH) 8 встречается обычно в виде плотных скрытокристаллических разностей. Тонковолокнистая разновидность называется хризо-асбестом. Цвет светло-зеленый, желто-зеленый до черного, часто пятнистый, у хризо-асбеста золотистый, отдельные волокна белые; блеск стеклянный, жирный, у хризо-асбеста шелковистый. Хризо-асбест используется для изготовления огнестойких и теплоизоляционных материалов.

К листовым силикатам относится ряд минералов осадочного происхождения, образующихся при выветривании преимущественно магматических и метаморфических пород. Составляют основную часть глинистых пород. Из этих минералов наибольшим распространением пользуется каолинит Al 4 (OH) 8 , образующий землистые агрегаты. Цвет белый; блеск агрегатов матовый; излом землистый; (на ощупь жирный); легко поглощает влагу, намокая, становится пластичным. Употребляется в керамическом производстве, строительном деле, бумажной промышленности и др.

Из каркасных алюмосиликатов рассмотрим минералы группы полевых шпатов.

Минералы группы полевых шпатов пользуются широким распространением в земной коре, составляя в ней около 50 %. Являются породообразующими многих магматических и метаморфических горных пород. В трещинах образуют крупные кристаллы. Для всех полевых шпатов характерна спайность совершенная или средняя в двух направлениях. По химическому составу полевые пшаты делятся на две подгруппы: 1) калиевые (калинатровые, или щелочные) полевые шпаты; 2) известково- натровые (кальциево-натровые) полевые шпаты, или плагиоклазы, представляющие непрерывный изоморфный ряд Na и Са .

Из первой подгруппы наиболее распространен ортоклаз К[А1Si 3 О 8 ] . Цвет от бесцветного, белого, светло-серого до разных оттенков розового и красно-желтого; спайность в двух направлениях. Минерал того же состава, но кристаллизующийся другому, называется микроклином. По внешним признакам микроклин неотличим от ортоклаза, и только его голубовато-зеленая разновидность - амазонит - по цвету легко отличается от других полевых шпатов.

Калиевые полевые шпаты (особенно микроклин) из пегматитовых жил используются в керамической и стекольной промышленности.

В подгруппу плагиоклазов входят минералы, представляющие изоморфный ряд, Среди плагиоклазов по количеству оксида кремния выделяют кислые, средние и основные минералы (табл. 1).

Плагиоклазы по свойствам близки друг к другу и макроскопически обычно не разделяются. Исключение составляет лабрадор, у которого на сером фоне хорошо видны синие и зеленые переливы - иризация.

Плагиоклазы макроскопически мало отличаются и от калиевых полевых шпатов. Иногда их можно различить по окраске: плагиоклазы преимущественно белые, серые, зеленовато-серые, калиевые полевые шпаты белые, светло-серые, розовые и желтые разных оттенков. Существует также различие в угле между плоскостями спайности.

Таблица 1

Таблица минералов изоморфного ряда плагиоклазов

Классификация минœералов построена по химическому составу:

1. Самородные элементы: сера, графит.

2. Сульфиды: пирит.

3. Оксиды и гидроксиды: кварц, опал, лимонит.

4. Карбонаты: кальцит, доломит, магнезит;

5. Сульфаты: гипс, ангидрит;

6. Галоиды: галит;

7. Силикаты: оливин, пироксены (авгит), амфиболы (роговая обманка), каолинит, слюды (мусковит, биотит), полевые шпаты (альбит, ортоклаз, микроклин, лабрадор).

Каждый минœерал обладает присущими только ему физическими свойствами. Большинство минœералов имеют кристаллическое строение, ᴛ.ᴇ. элементы их слагающие, расположены в пространстве строго упорядочено, образуя кристаллическую решетку.

Аморфные минœералы в отличие от кристаллических не имеют закономерного внутреннего строения (опал, магнезит аморфный), представляют из себя однородную массу, похожую на пластилин, кость.

Изучение минœералов можно вести макроскопическим методом. Для более точного изучения применяются микроскопические исследования.

Макроскопический метод основан на изучении внешних признаков минœералов. К таким признакам относятся морфологический облик и физические свойства минœералов.

Внешний облик минœералов:

1. Иногда минœералы встречаются в виде одиночных правильных многогранников. Их называют кристаллами (кварц, гипс, кальцит).

2. Семейства кристаллов, сросшихся основаниями, образуют друзы и щетки (кальцит, кварц).

3. Чаще всœего минœералы встречаются в виде зернистых агрегатов, масса которых состоит из мелких зерен неправильной формы.

4. В случае если зерна имеют определœенную геометрическую форму, то образуются: а) игольчатые, шестоватые, призматические; зерна вытянутые в одном направлении (роговая обманка); б) пластинчатые, листоватые – вытянутые в двух направлениях (слюда, гипс).

5. Конкреции – сферические сростки зерен со скорлуповатым или радиально-лучистым строением.

6. Жеоды – скопление зерен на стенках пустот в горных породах. Рост минœералов происходит от стенок к центру пустоты.

Физические свойства минœералов

Изучение физических свойств позволяет распознавать минœералы. Наиболее характерные свойства для каждого минœерала называются диагностическими.

Цвет минœералов очень разнообразен. Некоторые минœералы бывают разных цветов (кварц – молочный, водяно-прозрачный, дымчатый). Для других минœералов цвет – постоянное свойство и может служить диагностикой (сера – желтая). Есть минœералы, которые меняют свой цвет исходя из освещения. К примеру, лабрадор при повороте на свету отсвечивает синим, зелœеным цветом. Это свойство называют ирризацией.

Цвет черты - ϶ᴛᴏ цвет минœерала в порошке. Некоторые минœералы имеют в порошке другой цвет, чем в куске (пирит – соломенно-желтый, черта – буровато-черная).

Блеск должна быть металлическим (пирит), полуметаллическим (блеск потускневшего металла – графит) и неметаллическим (стеклянный, жирный перламутровый, матовый – кварц, сера, слюда, каолин).

Спайность – способность минœералов раскалываться по определœенным направлениям с образованием ровных полированных плоскостей. Бывает весьма совершенная спайность – минœерал легко расщепляется на листочки (слюда); совершенная спайность – минœерал раскалывается при слабом ударе молотком на геометрические правильные формы (кальцит); средняя спайность – при расколе образуются плоскости, как ровные, так и неровные поверхности (полевые шпаты); несовершенная спайность – плоскости спайности практически не обнаруживаются (кварц, сера). Излом минœералов, обладающих несовершенной спайностью всœегда или неровный, или раковистый (кварц).

Твердость - ϶ᴛᴏ степень сопротивления минœерала внешним механическим воздействиям. Для определœения твердости принята шкала Мооса, в которой используются минœералы с известной и постоянной твердостью (таблица 1).

Шкала твердости Мооса

Таблица 1 –

Последовательность действий при определœении твердости минœералов: минœералом чертят по стеклу (тв. 5). В случае если остается царапина на стекле, то твердость минœерала равна или больше 5. Тогда используют эталонные минœералы с твердостью больше 5. К примеру, в случае если испытуемый минœерал оставляет царапину на эталоне с твердостью 6, а при царапании его кварцем получается глубокая царапина, то его твердость 6,5.

Стоит сказать, что для некоторых минœералов характерны особые, только им присущие свойства. Так карбонаты вступают в реакцию с соляной кислотой (в куске ʼʼвскипаетʼʼ кальцит, в порошке – доломит, в горячей кислоте – магнезит).

Галоиды обладают характерным вкусом (галит – соленый).

Минœералы характеризуются различной устойчивостью к выветриванию. Одни минœералы разрушаются физически, образуя обломки, другие минœералы испытывают химические превращения, преобразуясь в другие соединœения (таблица 2).

Устойчивость минœералов к выветриванию

Таблица 2

Методика определœения минœералов.

Для выполнения практической работы крайне важно пользоваться определителœем минœералов .

Последовательность выполнения работы:

1. Определить облик зерен агрегата минœерала.

2. Определить цвет минœерала, в случае если минœерал темного цвета͵ то провести минœералом по фарфоровой пластинке для определœения цвета черты (порошка).

3. Определить блеск минœерала.

4. Для определœения интервала твердости провести минœералом по стеклу.

5. Минœералы средней твердости (3-3,5) нужно проверить на реакцию с

10 %-ным раствором соляной кислоты.

6. Попытаться найти на образце ровные полированные грани – ᴛ.ᴇ. определить спайность.

7. По набору признаков в определителœе найти название и состав минœерала.

8. Отметить в состав каких горных пород входит данный минœерал.

Данные по минœералам внести в таблицу 3.

Характеристика породообразующих минœералов

Таблица 3

Список минœералов для изучения:

1. Самородные элементы: графит, сера.

2. Сульфиды: пирит.

3. Оксиды и гидроксиды: кварц, халцедон, опал, лимонит.

4. Галогениды: галит, сильвин.

5. Карбонаты: кальцит, доломит, магнезит.

6. Сульфаты: гипс, ангидрит.

7. Силикаты: оливин, гранат, авгит, роговая обманка, тальк, серпентин, каолин, слюды, хлорит, ортоклаз, микроклин, альбит, нефелин.

Контрольные вопросы

1. Что такое минœералы?

2. Какие минœералы называются породообразующими?

3. В каком виде встречаются минœералы?

4. Для каких минœералов цвет является диагностикой?

5. Что такое цвет черты, примеры.

6. Какой бывает блеск у минœералов?

7. Как определяется твердость минœералов?

8. Что такое спайность?

9. Какие минœералы могут растворяться в воде?

10. Какие минœералы набухают?

11. Что такое гидратация и дегидратация?

12. Какие минœералы самые устойчивые к выветриванию?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Павлинов В.Н. и др.
Размещено на реф.рф

геологии. – М.: Недра, 1988. c. 5-7, 11-49.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ИЗУЧЕНИЕ МАГМАТИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД

Цель работы: приобрести навыки в определœении магматических горных пород. Изучить инженерно-строительные характеристики магматических горных пород и их применение в строительстве.

Оборудование: учебная коллекция магматических пород, лупы,

шкала Мооса.

Общие сведения о горных породах.

Горными породами называют самостоятельные геологические тела, состоящие из одного или нескольких минœералов более или менее постоянного состава и строения.

По способу и условиям образования всœе породы делятся на магматические, осадочные и метаморфические.

Минœералогический состав горных пород различен. Οʜᴎ могут состоять из одного (мономинœеральные) или нескольких минœералов (полиминœеральные).

Внутреннее строение горных пород, характеризуется их структурой и текстурой.

Структура - ϶ᴛᴏ строение породы, обусловленное формой, размерами и взаимоотношениями ее составных частей.

Текстура породы определяет распределœение ее составных частей в пространстве.

Все горные породы классифицируются по условиям образования на магматические, осадочные и метаморфические породы.

Условия образования магматических горных пород.

Магматические горные породы образуются в результате остывания магмы. Магма - ϶ᴛᴏ каменный расплав силикатного состава, образующийся на больших глубинах в недрах Земли. Магма может остывать в глубинœе земной коры под покровом вышелœежащих пород и на поверхности или близ поверхности Земли. В первом случае процесс остывания протекает медленно, и вся магма успевает раскристаллизоваться. Структуры таких глубинных пород полнокристаллические, зернистые.

При быстром поднятии магмы на поверхность земли температура ее падает быстро, от магмы отделяются газы и пары воды. В этом случае породы или полностью не раскристаллизованы (стекловатая структура), или раскристаллизованы частично (полукристаллическая структура).

Глубинные породы называют интрузивными. Их структуры бывают: мелкозернистая (зерна <0,5 мм), среднезернистая (размер зерен 0,5-1 мм), крупнозернистая (от 1 до 5 мм), гигантозернистая (> 5 мм), неравномернозернистая (порфировидная).

Излившиеся породы называют эффузивными. Их структуры – порфировая (в скрытокристаллической массе выделяются отдельные крупные кристаллы), афанитовая (плотная скрытозернистая масса), стекловатая (порода почти целиком состоит из нераскристаллизовавшейся массы – стекла).

Текстуры магматических пород: интрузивные породы почти всœегда массивные. В эффузивных породах наряду с массивной текстурой встречаются пористые и пузырчатые.

Физико-химические условия образования пород на глубинœе и на поверхности резко различны. По этой причинœе из магмы одного и того же состава в глубинных и поверхностных условиях образуются разные породы. Каждой интрузивной породе соответствует определœенная излившаяся порода.

Наряду с классификацией магматических пород по условиям залегания, их классифицируют по химическому составу исходя из содержания кремнекислоты SiO 2 (таблица 4).

Классификация магматических пород.

Таблица 4

Инженерно-строительная характеристика магматических горных пород.

Все магматические горные породы имеют высокую прочность, значительно превышающую нагрузки, возможные в инженерно-строительной практике, нерастворимы в воде и практически водонепроницаемы (кроме трещиноватых разностей). Благодаря этому они широко используются в качестве оснований ответственных сооружений (плотин). Осложнения при строительстве на магматических породах возникают в том случае, в случае если они трещиноваты и выветрелы: это приводит к уменьшению плотности, повышению водопроницаемости, что значительно ухудшает их инженерно-строительные свойства.

Применение в строительстве.

Интрузивные магматические породы, такие как гранит, сиенит, диорит, габбро, лабрадорит применяются как облицовочный материал.

Базальты и диабазы применяются для каменного литья в качестве брусчатки для мощения улиц, минœеральной ваты.

Ультраосновные породы используются как огнеупорное сырье. Пемза применяется как полировальный и абразивный материал. Обсидиан используется как поделочный камень. Широко используются магматические породы в качестве бутового камня и щебенки.

Методика определœения магматических пород.

При установлении типа изверженной породы крайне важно прежде всœего узнать, относится ли она к интрузивным или эффузивным. Интрузивные породы обладают полнокристаллической структурой – минœералы видны невооруженным глазом, и вся масса породы представляет собой агрегат кристаллических зерен. В эффузивных породах только часть вещества (порфировые вкрапленники) приобрела кристаллическую структуру, а вся остальная масса состоит из вещества, зернистое строение которого неразличимо.

Следующий этап – определœение минœерального состава. Кислые и средние горные породы окрашены в серые тона, основные и ультраосновные породы – в темные и черные. Кварц в значительных количествах наблюдается только в кислых породах. Сиениты и диориты лишены кварца, в диорите содержится до 30 % роговой обманки.

Липариты, трахиты и андезиты различаются по минœералам вкрапленников: в трахитах они представлены калиевым полевым шпатом, в андезитах – плагиоклазом и роговой обманкой, в липаритах – кварцем и полевым шпатом.

Габбро и ультраосновные породы окрашены в темные цвета. В габбро светлые зерна представлены плагиоклазом, ультраосновные породы состоят только из темноцветных минœералов.

Определить внешние признаки магматических горных пород, находящихся в учебной коллекции и описать их в тетради по плану:

1. Название породы.

2. Группа по содержанию SiO 2 .

3. Группа по способу образования.

4. Структура.

5. Текстура.

7. Минœеральный состав.

Контрольные вопросы.

1. Что принято называть горной породой?

2. Как классифицируются горные породы?

3. Что такое структура?

4. Какие структуры характерны для магматических пород?

5. Что такое текстура?

6. Какие текстуры характерны для магматических пород?

7. Как образуются магматические породы?

8. Чем отличаются интрузивные от эффузивных пород?

9. Как классифицируются магматические горные породы по содержанию SiO 2 ?

10. Назвать излившиеся аналоги гранитов, сиенитов, диоритов, габбро.

11. Каковы инженерно-геологические свойства магматических пород?

12. Как применяются в строительстве магматические породы?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Павлинов В.Н. и др.
Размещено на реф.рф
Пособие к лабораторным занятиям по общей

геологии.-М.: Недра, 1988. c. 50-64.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ИЗУЧЕНИЕ ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД

Цель работы: приобрести навыки в определœении осадочных горных пород. Изучить инженерно-строительные характеристики осадочных горных пород. Изучить применение осадочных пород в строительстве.

Оборудование: учебная коллекция осадочных пород,

раствор 10 % соляной кислоты, лупы.

Условия образования осадочных пород

Осадочные горные породы образуются в поверхностной зоне земной коры в условиях невысоких температур и давлений.

Процессы выветривания приводят к разрушению первичных горных пород. Продукты разрушения перемещаются в основном водными потоками и, отлагаясь, постепенно образуют осадочные породы.

По способу образования минœерального вещества осадочные породы делятся на обломочные, хемогенные и органогенные.

Обломочные породы образуются из обломков разрушенных пород, чаще всœего они накапливаются как морские осадки.

Классификация обломочных пород основана на: 1) величинœе обломков; 2) степени их окатанности (окатанные и неокатанные) и 3) наличия или отсутствия цемента (рыхлые и сцементированные) (таблица 5).

Классификация обломочных пород.

Таблица 5

Структуры обломочных пород – обломочные, различающиеся по форме и размерам обломков (к примеру, грубообломочная, окатанная). В глинистых породах – пелитовые.

Текстуры часто бывают слоистые, рыхлые.

Грубообломочные породы и пески имеют широкое распространение, характеризуются высокой пористостью и водопроницаемостью, обычно насыщены подземными водами. Вредными примесями в песках являются оксиды желœеза, гипс, слюды, глинистые частицы. Под нагрузкой эти породы обычно не уплотняются. При землетрясениях эти породы могут разжижаться.

В песках преобладают наиболее устойчивые минœералы: кварц, слюды.

Глинистые породы характеризуются высокой пористостью (до 90 %), влажностью, пластичностью, липкостью, набуханием, усадкой. С увеличением влажности их прочность резко снижается, они могут перейти в текучее состояние. Несмотря на высокую пористость, их водопроницаемость незначительна, так как пористость сформирована замкнутыми микропорами. Глины в своем составе содержат более 30 % глинистых частиц (каолинит). Остальное приходится на долю пылеватых и песчаных частиц.

Лессовые породы относятся к числу очень распространенных пород на территории Казахстана. Эти полиминœеральные породы, состоящие из пылеватых частиц кварца, полевых шпатов, кальцита͵ слюд. Характерными признаками лессов является их низкая водопрочность, они быстро размокают и размываются, а также способны к просадке. Она выражается в способности лессов уменьшать свой объём при увлажнении.

Алевролиты и аргиллиты образуются при ʼʼокамененииʼʼ песчано-пылеватых и глинистых пород. Эти породы слоистые, легко выветриваются, иногда размокают в воде.

Хемогенные породы образуются в результате выпадения из водных растворов химических осадков. Такой процесс происходит в жарком сухом климате в усыхающих водоемах. Οʜᴎ классифицируются по составу.

Карбонатные породы – плотные известняки с тонкозернистой структурой состоят из кальцита͵ доломиты с мелкозернистой структурой состоят из доломита. Легко определяются при помощи кислоты НСl (известняк – в куске, доломит – в порошке). Текстуры массивные.

Галоидные породы – каменная соль (соленая) и сильвинит (горько-соленый). Структуры кристаллически-зернистые, текстуры массивные или слоистые.

Сульфатные породы

Гипс – порода, состоящая из минœерала гипса, светлого цвета͵ мелкозернистая.

Ангидрит – порода, состоящая из минœерала ангидрита͵ бело-голубоватого цвета͵ плотная, мелкозернистая.

Общей особенностью хемогенных пород является их растворимость в воде. К легкорастворимым относятся каменная соль и сильвинит, к среднерастворимым – гипс, ангидрит, к труднорастворимым – известняк, доломит.

Биохемогенные породы образуются в результате накопления и преобразования останков животных и растений, часто с примесью неорганического материала.

Карбонатные породы

Органогенные известняки состоят из раковин кальцитового состава. В случае если можно определить название организмов, из которых состоит известняк, то по ним дается название породе. К примеру, коралловый известняк, известняк-ракушечник.

Мел – слабосцементированная порошковая порода, состоит из кальцитовых остатков планктонных водорослей.

Мергели – карбонатно-глинистая порода, светлой окраски с раковистым сколом. Реагирует с НСl, причем на поверхности породы остается грязное пятно.

Структуры органогенных пород – органогенные, текстуры – плотные, пористые.

Кремнистые породы:

Диатомит – легкая мелоподобная порода белого цвета͵ состоит из остатков диатомитовых водорослей опалового состава.

Трепел – легкая, слабосцементированная порода желтоватого цвета͵ состоящая из опала.

Опока – серая, темно-серая до черной порода, фарфоровидная. Также состоит из опала.

Яшма – плотная и твердая порода, состоит из халцедона – скрытокристаллического кварца. Красиво окрашена (красные, зелœеные, полосчатые окраски).

Инженерно-строительные свойства осадочных пород.

Горные породы, находящиеся в сфере деятельности человека, называются грунтами.

Крупнообломочные грунты. Прочность этих грунтов зависит от состава обломков и их упаковки. Наибольшую прочность имеют грунты, состоящие из обломков магматических пород. Упаковка обломков должна быть рыхлой и плотной. В разнозернистых грунтах упаковка более плотная.

Песчаные грунты. Наиболее опасными разновидностями песчаных пород являются плывуны. Это водонасыщенные пески, которые при вскрытии их котлованами, разжижаются и приходят в движение.

Глинистыегрунты. Глинистые минœералы, имея размер < 0,001 мм, являются дисперсными частицами, ᴛ.ᴇ. для них характерен электрический заряд. По этой причине эти частицы притягивают к своей поверхности диполи воды. Вокруг каждой частицы образуется пленка воды, включающая два слоя: ближе к частице – прочно связанная вода, дальше – рыхлосвязанная.

Свойства глин находятся в большой зависимости от влажности. В случае если содержится только прочносвязанная влага, то глина будет иметь свойства твердого тела, в случае если содержится и рыхлосвязанная влага, глина становится пластичной и текучей.

Для глин характерны особые свойства, такие как набухание, усадка, водонепроницаемость, липкость.

Сцементированные обломочные породы. Их прочность зависит от состава цемента. Самый прочный цемент – кремнистый, малопрочный – глинистый.

Карбонатные и сульфатные породы – известняк, мел, гипс, ангидрит – способны растворяться в подземных водах с образованием карстовых пустот.

Применение осадочных пород в строительстве.

Осадочные горные породы чаще всœего являются основанием под здания и сооружения и очень широко применяются как строительный материал.

Крупнообломочные породы часто применяются как балластный материал при строительстве желœезнодорожных и шоссейных дороᴦ.

Некоторые конгломераты и песчаники являются красивым облицовочным материалом.

Применение глин очень разнообразно: изготовление кирпичей, грубой посуды, черепицы, минœеральных красок, в качестве составной части портландцемента.

Диатомиты и трепелы применяются для производства жидкого стекла, различных влагопоглощающих материалов (сорбентов), цемента.

Яшмы ценятся как облицовочный и поделочный материал.

Мел и известняк являются сырьем для цемента͵ извести. Известняк-ракушечник является стеновым материалом.

Доломиты находят применение в качестве флюсов и огнеупоров в металлургии.

Мергели – сырье для цементной промышленности.

Методика определœения осадочных пород.

Определœение осадочных пород следует начинать с изучения внешнего вида и вскипания с кислотой. Прежде всœего следует определить группу, к которой принадлежит данная порода (обломочные, химические, органогенные).

Глинистые породы имеют землистый облик. Внимательно рассмотреть текстуру и структуру породы. По минœеральному составу большинство осадочных пород мономинœеральны, ᴛ.ᴇ. состоят из одного минœерала. Самые распространенные минœералы – кварц, опал, кальцит, доломит, гипс.

Изучить осадочные горные породы, представленные в учебной коллекции. Выполнить их описание в тетради по плану:

1. Группа по происхождению.

2. Название породы.

3. Минœеральный состав.

4. Окраска, излом, плотность.

5. Структура.

6. Текстура.

7. Инженерно-геологические особенности.

8. Применение в строительстве.

Контрольные вопросы

1. В каких условиях образуются осадочные горные породы?

2. Как классифицируются осадочные горные породы?

3. Принципы классификации обломочных пород.

4. Структуры и текстуры обломочных пород.

5. Минœеральный состав обломочных пород.

6. Инженерно-геологические свойства обломочных пород и их применение.

7. На какие классы делятся хемогенные породы? Их минœеральный состав.

8. Структуры и текстуры хемогенных пород.

9. Инженерно-геологические свойства хемогенных пород и их применение.

10. Инженерно-геологические свойства органогенных пород и их применение.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Павлинов В.Н. и др.
Размещено на реф.рф
Пособие к лабораторным занятиям по общей геологии. – М.: Недра, 1988. с. 64-76.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ИЗУЧЕНИЕ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД

Цель работы: приобрести навыки в определœении метаморфических горных пород. Изучить инженерно-строительные характеристики метаморфических пород и их применение в строительстве.

Оборудование: учебная коллекция метаморфических горных пород,

лупы, раствор 10 % соляной кислоты, шкала Мооса.

Условия образования метаморфических горных пород.

Метаморфические горные породы возникают в результате преобразования ранее существовавших осадочных, магматических и метаморфических пород, происходящего в земной коре. Метаморфизм происходит под воздействием высокой температуры и давления, а также высокотемпературных паров, газов и воды. Эти преобразования выражаются в изменении минœерального состава, структуры, текстуры породы.

Для метаморфических пород характерна полнокристаллическая структура. Наиболее характерными текстурами являются: сланцеватая, полосчатая, массивная.

Метаморфические породы состоят из минœералов, устойчивых к высоким температурам и давлению: кварц, плагиоклазы, калиевый полевой шпат, слюды, роговая обманка, авгит и кальцит.

Вместе с тем, в метаморфических породах встречаются минœералы, характерные только для этого процесса: хлорит, гранат, тальк.

Учитывая зависимость отисходной породы при метаморфизме возникают ряды пород различной степени метаморфизма.

1. Из осадочных глинистых пород на начальной стадии метаморфизма образуются кровельные сланцы. Дальнейшее усиление метаморфизма приводит к полной перекристаллизации глинистого вещества с образованием филлитов. Οʜᴎ состоят из серицита (мелкочешуйчатого мусковита), хлорита и кварца. При повышении температуры и давления филлиты переходят в кристаллические сланцы. Учитывая зависимость отсостава это бывают слюдяные, хлоритовые или хлорит-слюдяные сланцы. На высшей степени метаморфизма появляются гнейсы. Их минœеральный состав – микроклин, плагиоклаз, кварц, слюда, иногда гранаты, ᴛ.ᴇ. гнейсы по минœеральному составу близки к гранитам, от которых отличаются ориентированной гнейсовой текстурой.

2. При метаморфизме песчаников формируются кварциты (минœеральный состав – кварц). Это крепкие массивные породы.

3. Известняки при метаморфизме переходят в мраморы, которые состоят из кальцита͵ имеют зернисто-кристаллическую структуру и массивную текстуру.

4. При метаморфизме ультрабазовых пород (дуниты, перидотиты) образуются змеевики (серпентиниты).

5. При термальном метаморфизме песчано-глинистых пород образуются роговики – крепкие мелкозернистые породы массивной текстуры. Из карбонатных пород в данном случае возникают скарны, состоящие из пироксенов, гранатов. Эти породы имеют важное практическое значение, так как к ним приурочены месторождения полезных ископаемых – желœеза (Соколовско-Сарбайское месторождение), меди, молибдена, вольфрама.

Инженерно-геологические свойства метаморфических пород.

Массивные метаморфические породы обладают высокой прочностью, практически водонепроницаемы и, за исключением карбонатных, не растворяются в воде.

Ослабление показателœей прочности происходит за счёт трещиноватости и выветрелости.

Важно заметить, что для сланцеватых горных пород характерна анизотропность свойств, ᴛ.ᴇ. прочность значительно ниже вдоль сланцеватости, чем перпендикулярно ей. Такие метаморфические породы образуют тонкоплитчатые подвижные осыпи.

Наиболее прочными и устойчивыми породами являются кварциты. Метаморфические породы широко применяются в строительстве. Мраморы, кварциты - ϶ᴛᴏ облицовочный материал.

Кровельные сланцы (филлиты) служат материалом для покрытия зданий.

Тальковые сланцы – огнеупорный и кислотоупорный материал.

Кварциты применяются как сырье для производства огнеупорного кирпича – динаса.

Методика определœения метаморфических горных пород.

Определœение метаморфических пород нужно начинать с установки их минœерального состава. Далее определяется текстура, структура, цвет и исходная порода.

Изучить по внешним признакам метаморфические породы, находящиеся в учебной коллекции. Описать их в тетради по следующему плану:

1. Название;

3. Структура и текстура;

4. Минœеральный состав;

5. Исходная порода;

6. Инженерно-геологические особенности;

7. Применение в строительстве.

Контрольные вопросы

1. Как образуются метаморфические породы?

2. Какие преобразования происходят в первичных породах при метаморфизме?

3. Какие характерные структуры и текстуры встречаются в метаморфических породах?

4. Какие минœералы характерны для метаморфических пород?

5. Какие факторы воздействуют на прочность метаморфических пород?

6. Как применяются в строительстве метаморфические породы?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Павлинов В.Н. и др.
Размещено на реф.рф
Пособие к лабораторным занятиям

по общей геологии. – М.: Недра, 1988. с. 77-85.

ЛАБОРОТОРНАЯ РАБОТА № 5

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ КАРТЫ И РАЗРЕЗЫ

Цель работы: освоить принцип построения геологических карт и разрезов. Научиться читать условные знаки геологических карт. Приобрести навыки определœения условий залегания горных пород по геологическим картам.

Общие сведения

Геологическая карта отражает геологическое строение земной поверхности и примыкающей к ней верхней части земной коры. Геологическая карта строится на топографической основе. На ней с помощью условных знаков показывается возраст, состав и условия залегания обнаженных на земной поверхности горных пород.

Так как более 90 % поверхности суши покрыто породами четвертичного возраста͵ то на геологических картах показывают коренные породы без четвертичного чехла.

Для целœей строительства используются геологические карты крупномасштабные (1:25000 и крупнее).

При составлении геологических карт крайне важно знать возрастную (геохронологическую) последовательность пород, участвующих в строении изучаемого района.

Сегодня создана единая геохронологическая шкала, отражающая историю развития земной коры.

В шкале приняты следующие временные и соответствующие им стратиграфические (стратум – слой) подразделœения (таблица 6).

Геохронологические и стратиграфические подразделœения

Таблица 6

Геохронологическая шкала

Таблица 7

Данная классификация основана на кристаллохимическом принципе

Основные классы минералов

• 1) силикаты
• 2) оксиды и гидроксиды
• 3) карбонаты
• 4) фосфаты
• 5) сульфаты
• 6) нитраты
• 7) сульфиды
• 8) самородные элементы
• 1. Класс силикаты - самые распространенные в земной коре (более 33% от всех минералов, инее менее 85% от массы земной коры)

Основная структурная единица силикатов - кремнекислородный тетраэдр 4- обладает четырьмя свободными валентными связями, за счет которых происходит присоединение других химических элементов и кремнекислородных тетраэдров.

В зависимости от характера соединений различают

• а) Островные силикаты (тетраэдры представляют островки одиночных, сдвоеных тетраэдров или групп из 3, 4, 6 тетраэдров, соединенных в кольца, тетраэдры связаны собой катионами Mg 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Mn 2+). Пример оливин, гранаты, циркон, топаз. Для класса характерна высокая плотность.
• б) Кольцевые силикаты (тетраэдры соединены в большие кольца) - пример - берилл, турмалин
• в) Цепочные силикаты (тетраэдры соединяются друг с другом в непрерывные цепочки с радикалом 4-). Пример - авгит.
• г) Ленточные силикаты (тетраэдры образуют двойные цепочки с радикалом 6-).Пример - роговая обманка, актинолит, нефрит. Для класса характерно волокнистое строение.
• д) Листовые силикаты (тетраэдры образуют один непрерывный слой). Пример - слюды, гидрослюды, глины, серпентин. Для класса характерна весьма совершенная спайность
• е) Каркасовые силикаты (полевые шпаты). В силикатах bvth - fdubnяются друг с другом в непрерывные цепочки с радикалом пп из 3,4,6 тетраэдровх элементов данного типа непрерывный каркас состоит из связанных между собой тетраэдров через кислороды всех четырех вершин. Здесь нет свободных валентностей, присоединение других ионов невозможно. Кремний может замещаться алюминием или титаном, при этом возникает добавочная валентность. Для класса характерна совершенная спайность

Выделяют следующие подклассы

• 1. калий-натриевые полевые шпаты - ортоклаз, микроклин
• 2. натриево-кальциевые полевые шпаты - альбит, андезит, лабрадор
• 3. фельдшпатиды - нефелин
• 4. цеолита
• 2. Класс оксидов и гидроксидов (в классе около 200 минералов, 17% от массы земной коры, на долю кварца - 12, 6%, оксиды и гидроксиды - 3.9%). Отличительная способность - высокая твердость и плотность. Представители этого класса объединяют минералы разного происхождения и подразделяются, соответственно названию, на два подкласса: окислов, отличающихся высокой и средней твердостью, и гидроокислов, обладающих низкой твердостью. С другой стороны, названный класс можно разделить на окислы и гидроокислы кремния и окислы и гидроокислы металлов. Окислы и гидроокислы кремния обладают исключительно важным породообразующим значением: только на долю кварца SiO2 приходится до 12% массы земной коры. Скрытокристаллические модификации кварца представлены разноокрашенными халцедонами. Среди водных окислов кремния необходимо назвать опал SiO2 x nH2O. Этим минералам соответственно характерен стеклянный или металлический блеск. Окислы и гидроокислы металлов обладают важнейшим рудообразующим значением. Для них свойственен, соответственно, металлический или матовый блеск. Наибольшее значение принадлежит таким минералам, как магнетит Fe3O4, гематит Fe2O3, лимонит Fe2O3 x nH2O, корунд Al2O, боксит Al2O x nH2O.
• 3. Класс карбонатов (80 минералов, соли угольной кислоты, 1.5% от массы земной коры) - твердость средняя, блеск неметаллический, окраска светлая, хорошо растворяются в воде, богатой свободной углекислотой Пример - кальцит, арагонит, малахит, доломит. Карбонаты имеют огромное породообразующее значение в составе осадочных и метаморфических пород, составляют до 2 % массы земной коры. Отличительной особенностью карбонатов является их активное взаимодействие с соляной кислотой, сопровождающееся бурным выделением углекислого газа. Блеск большинства карбонатов стеклянный, твердость невысокая. Наиболее распространены такие представители, как кальцит CaCO3, магнезит MgCO3, доломит CaMg(CO3)2, сидерит FeCO3.
• 4. Класс фосфатов образован разного происхождения солями фосфорной кислоты. Класс насчитывает около 200 минералов, составляющих около 0,7 % массы земной коры. Чаще всего применяются для производства фосфорных удобрений магматического происхождения апатит Ca5 (F, Cl) 3 и близкий к нему по составу, но гипергенного происхождения фосфорит (фосфат кальция). Фосфатам характерны невысокие показатели твердости и плотности.
• 5. Класс сульфатов (260минералов, 0.1% от массы земной коры) - обычно это химические осадки, залегающие совместно с галоидами. Гипс и ангидрит - агрономические руды, используемые для гипсования солонцов. Сульфаты представляют собой соли серной кислоты, накапливающиеся, в большинстве своем, в соленасыщенной водной среде. Минералам свойственны низкая твердость, неметаллические разновидности блеска, светлая окраска. В земной коре широко распространены гипс CaSO4 x 2H2O, ангидрит CaSO4, мирабилит (глауберова соль) Na2SO4 x 10H2O.
• 6. Класс галоиды (100 минералов, 0.5% от массы земной коры) - соли галогеноводородных кислот, светлые, прозрачные, хорошо растворимые в воде. Многие из них агрономические руды. Галогениды (галоидные соединения) являются солями галоидно-водородных кислот. Чаще всего встречаются соединения хлористые и фтористые, такие, как применяемые в химической промышленности галит NaCl (каменная соль), сильвин KCl (калийная соль). В оптике используется флюорит CaF2. Галогениды отличаются стеклянным блеском, невысокими твердостью и плотностью, часто легкой растворимостью в воде.
• 7. Класс нитратов (крайне редко встречаются в природе) - производные солей азотной кислоты. За минералами этого класса утвердилось название «селитра», установлено, что источником N в них является азот воздуха. Образование селитр имеет биогенное происхождение, селитры - ценное минеральное удобрение.
• 8. Класс сульфидов (200 минералов, 0.15% от массы земной коры) - соли сероводородной кислоты, руды важнейших металлов, устойчивы только ниже УГВ, выше в зоне выветривания минералы разрушаются. Сульфиды - сернистые соединения тяжелых металлов. Образование сульфидов идет без доступа кислорода, большинство из них имеет гидротермальное происхождение. При окислении сульфиды легко переходят в окислы, карбонаты или сульфаты. Ценность сульфидов в том, что они являются рудами на цветные металлы, причем зачастую им сопутствует золото. Наибольшим распространением пользуются пирит (железный колчедан) FeS2, халькопирит (медный колчедан) CuFeS2, галенит (свинцовый блеск) PbS, сфалерит (цинковая обманка) ZnS, киноварь HgS и др. Подавляющему большинству сульфидов характерны металлический блеск, низкая и средняя твердость, высокая плотность. Металлы, входящие в состав сульфидов (Pb, As, Hg, Cd) весьма токсичны и в высоких концентрациях представляют опасность всему живому.
• 9. Класс самородные элементы (около 50 минералов, включая газы, менее 0.1% от массы земной коры). К нему относятся Pt, Ag, Au, Cu, S, алмаз, графит. Самородные минералы состоят только из одного химического элемента. Большинство имеет огромное хозяйственное значение (алмаз, графит, сера, золото, медь и др.). Физические характеристики самородных минералов отличаются большим разнообразием.

Попыткисистематизации минералов на различной основе предпринимались еще в античном мире. Первоначально (от Аристотеля до Ибн Сины и Бируни) минералы систематизировались по внешним признакам. Со 2-ой половины XIX в. исключительное распространение получили химические классификации, а в ХХ в. – кристаллохимические. В настоящее время наиболее распространена классификация минералов, в основу которой положен химический принцип (химический состав, тип химических соединений, характер химической связи). Более мелкие таксоны внутри классов выделяют с учетом структурных особенностей минералов (таблица 1.1).

Краткая характеристика классов минералов

Самородные элементы . В самородном состоянии в природе известно около 40 химических элементов, но большинство из них встречаются очень редко. Нахождение элементов в самородном виде связано со строением их атомов, имеющих устойчивые электронные оболочки. Химически инертные в природных условиях элементы называются благородными.

В виде самородных металлов встречаются Au, Pt, Ag, Cu, Fe, Pb, Sn, Hg, Zn, Al, типичны в природном состоянии и сплавы нескольких металлов, например (Pt+Fe), (Pt+Fe+Ni), (Au+Ag) и др. Из самородных полуметаллов наиболее распространены As, Sb, Se, Te, из неметаллов – различные модификации С (графит, алмаз) и S. Графит и сера часто образуют крупные месторождения.

Халькогениды (сернистые соединения ) представляют собой соединения катионов с серой (сульфиды). В природе известно около 200 сернистых соединений, но только 20 из них встречаются в значительных количествах. Наиболее распространены соединения с Fe, Cu, Pb, Zn, Sb, Hg.

Цвет сульфидов разнообразный (свинцово-серый, черный, латунно-желтый, медно-желтый, оранжевый, желтый, красный). Твердость варьирует от 1 до 6-6,5, плотность меняется от средней до высокой.

Основная масса сульфидов образуется гидротермальным путем, известны также сульфиды магматического и метаморфического генезиса, некоторые являются результатом экзогенных процессов.

Сульфиды – важные рудные минералы, сырье для получения цветных, тяжелых и некоторых редких и рассеянных металлов, их сплавов.

Таблица 1.1

Классификация минералов

Кислородные соединения. Оксиды и гидрооксиды – соединения элементов с кислородом, в гидрооксидах присутствует также вода. В земной коре на долю этих минералов приходится около 17%, из них на долю кремнезема (SiO 2) – 12,6%, на долю оксидов и гидрооксидов Fe – 3,9%. К числу распространенных минералов относятся также окислы и гидроокислы алюминия, марганца и окислы титана.

Физические свойства этих минералов различны, для большинства из них характерна высокая твердость. Происхождение магматическое, пегматитовое, гидротермальное, но большинство окислов образуется в результате экзогенных процессов в верхних частях литосферы. Многие эндогенные минералы при выветривании разрушаются и переходят в окислы и гидроокислы, как более устойчивые соединения в условиях поверхности. Будучи физически и химически устойчивыми, многие окислы накапливаются в россыпях.

Сульфаты – природные соли серной кислоты. В природе известно около 190 минеральных видов, которые представляют собой простые безводные соли или сложные соли с конституционной и кристаллизационной водой. Основная структурная единица – анионный радикал 2 , среди катионов видообразующими являются Ca 2+ , Ba 2+ , Mg 2+ и др.

Цвет сульфатов обусловлен примесями ионов-хромофоров и наличием структурных дефектов. Характерны низкая твердость (2-3,5), хорошая растворимость в воде.

Сульфаты формируются в окислительных условиях на участках распространения сульфидных месторождений, в корах выветривания, а также как хемогенные отложения содовых, сульфатных, соляных озер и крупных водных бассейнов. Эндогенные сульфаты типичны для средне- и низкотемпературных гидротермальных жил, реже отмечаются как продукты вулканической деятельности.

Фосфаты – соли ортофосфорной кислоты. В природе известно свыше 230 простых и сложных, водных и безводных соединений. Основная структурная единица – анионный радикал 3- ; среди катионов видообразующими являются Ca 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Mg 2+ ,TR 3+ и др. Встречаются фосфаты в виде листовато-уплощенных и таблитчатых кристаллов или в виде чешуйчатых агрегатов. Характерные свойства: бесцветны или интенсивно окрашены в синий цвет различных оттенков; люминесценция; твердость – 3-5, плотность – 1,6-7,0 г/см 3 . Происхождение: магматическое, гидротермальное, экзогенное.

Карбонаты – соли угольной кислоты. Ведущие катионы Ca 2+ , Fe 2+ , Na + , Mg 2+ , Ba 2+ , Cu 2+ , Zn 2+ и др. Это многочисленная группа (около 120 минеральных видов), из которых многие имеют значительное распространение. Встречаются карбонаты в виде хорошо ограненных кристаллов значительных размеров; плотных, зернистых масс, слагающих мощные мономинеральные толщи; радиально-лучистых, игольчатых, натечных, почковидных агрегатов и тонких смесей с другими минералами.

Большая часть карбонатов белые или бесцветные; окраску карбонатам придают хромофорные ионы типа Fe 2+ , Mn 2+ , TR 3+ , Cu 2+ и тонкодисперсные механические примеси (гематит, битум и т.д.). Твердость около 3-4,5, плотность невелика, за исключением карбонатов Zn, Pb, Ba.

Важным диагностическим признаком является действие на карбонаты кислот (HCl, HNO 3), от которых они в той или иной степени вскипают с выделением углекислого газа.

По происхождению карбонаты осадочные (биохимические или химические осадки), осадочно-метаморфические; поверхностные, характерные для зоны окисления; низко- и среднетемпературные гидротермальные; метасоматические. Иногда они кристаллизуются из кальцитовых и содовых вулканических лав магматического происхождения.

Карбонаты – важнейшие неметаллические полезные ископаемые, а также ценные руды на Zn, Pb, Fe, Cu и др. металлы. Известняки, доломиты, мраморы – почти мономинеральные горные породы, сложенные карбонатами.

Силикаты – соли кремниевой кислоты. На долю силикатов приходится до 75% массы земной коры и около 25% минеральных видов. В природе известно свыше 700 природных силикатов, включая важнейшие породообразующие минералы (полевые шпаты, пироксены, амфиболы, слюды и др.).

Основная структурная единица – одиночные изолированные тетраэдрические радикалы 4- . Ведущие катионы Na + , Mg 2+ , Al 3+ , Ca 2+ , Fe 2,3+ , К + , Мn 2+ .

Структурное разнообразие силикатов определяется строением кремнекислородных радикалов. Различают силикаты с островными, цепочечными, ленточными, листовыми, каркасными радикалами.

Островные силикаты, т.е. силикаты с изолированными тетраэдрами 4- и изолированными группами тетраэдров. В силикатах с изолированными тетраэдрами 4- каждый из четырех кислородов имеет одну свободную валентность. Между собой тетраэдры непосредственно не связаны, связь происходит через катионы Mg, Fe, Al, Zr и др. Силикаты с островной структурой имеют изометрический облик и характеризуются повышенной твердостью и плотностью (оливин).

Цепочечные силикаты характеризуются структурой, в которой тетраэдры сочленяются в виде непрерывных обособленных цепочек. Радикалы 4- , 6- , катионы Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 3+ , Al 3+ , Na + (пироксены).

Ленточные силикаты имеют тетраэдры в виде сдвоенных цепочек, лент, поясов. Радикал 6- , катионы Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 3+ , Al 3+ , Na + , (амфиболы). Часто содержат ионы (OH) ‾ 2.

Силикаты цепочечной и ленточной структур обычно вытянуты, для них характерны призматические и столбчатые кристаллы, игольчатые и волокнистые агрегаты.

Листовые силикаты – силикаты с непрерывными слоями кремнекислородных тетраэдров. Радикал такой структуры 2- . Слои тетраэдров обособлены друг от друга и связаны катионами Mg 2+ , Fe 3+ , Al 3+ , Ni + и др. Содержат ионы (OH) 2 , (OH, F) 2 (тальк, серпентин, глинистые минералы, слюды, хлориты).

Листовые силикаты характеризуются весьма совершенной спайностью и листоватым обликом минералов. Это объясняется тем, что сами слои кремнекислородных тетраэдров являются очень прочными, а связь между ними, осуществляемая через катионы, менее прочная.

Каркасные силикаты – силикаты с непрерывными трехмерными каркасами из алюмо- и кремнекислородных тетраэдров. В этом случае все кислороды у тетраэдров являются общими, их валентности использованы на связь с катионами, каркас нейтрален. Радикал такого каркаса 0 . Именно такой каркас отвечает структуре кварца (кварц по этой причине можно относить к силикатам с каркасной структурой).

Алюмокислородные радикалы m- образуются в результате замещения четырехвалентного кремния трехвалентным алюминием, что вызывает появление одной свободной валентности и влечет за собой необходимость вхождения других катионов. Видообразующими катионами силикатов являются Na + , K + , Ca 2+ (полевые шпаты, фельдшпатиды).

Большинство силикатов бесцветные или белые. Силикаты Fe, Mn, Ni, Zr и др. элементов окрашены в различные цвета. Блеск стеклянный до алмазного. Спайность совершенная по двум-трем направлениям, весьма совершенная, плотность от 2,0 до 6,5 г/см 3 , твердость 1-8.

Силикаты – полигенные минералы. Они кристаллизуются из магмы, образуются в процессе метаморфизма, типичны для зон окисления рудных месторождений.

Галогениды (галоидные соединения ). Хлориды – соли соляной кислоты. Известно порядка 100 минеральных видов. Собственная окраска хлоридов белая; чистые кристаллы бесцветны и прозрачны. Желтые, бурые, серые, красные и др. цвета галоидным соединениям придают механические примеси: гидроокислы железа, органические вещества и др. Хлориды имеют невысокую твердость – 1,0-3,5; плотность варьирует от 1,5-2,5 до 6,5-8,3 г/см 3 , хорошо растворяются в воде, гигроскопичны.

Образуются хлориды преимущественно хемогенно-осадочным путем – при испарении воды соляных и содовых озер или морских бассейнов и лагун.

Фториды – природные соединения элементов Na, K, Ca, Mg и др. элементов с фтором. Известно до 59 минеральных видов, большая часть из которых распространена ограничено. Наиболее ценным минералом является флюорит, встречающийся в месторождениях гидротермального, пневматолитового и грейзенового типов.

В таблице 1.2 приведена характеристика основных породообразующих минералов и минералов, наиболее широко распространенных в природе и имеющих практическую ценность.

Вопросы для самопроверки

Дайте определение понятию минерал.

Какое состояние могут иметь минералы в природных условиях?

Чем отличаются минералы с кристаллическим и аморфным строением?

Что называется минеральным агрегатом? Какие бывают агрегаты?

Перечислите важнейшие физические свойства минералов.

Что такое спайность? Ее причины.

Какие методы существуют для определения твердости?

Назовите минералы шкалы твердости Мооса.

Каким бывает излом минералов?

Каковы причины окраски минералов?

Что такое побежалость? Для каких минералов она характерна?

Как отличаются минералы по блеску?

Как определяются магнитные свойства минералов?

По каким признакам можно систематизировать минералы? Какой признак для классификации минералов является наиболее научно обоснованным?

Какие процессы минералообразования относятся эндогенным и какие к экзогенным?

Задание:

Используя табл. 1.2, бисквиты, стекла, реактивы и пр. определить образцы из коллекции, предоставленной преподавателем.