Минералы их происхождение классификация химический состав строение. Классификация минералов по происхождению. Условия образования магматических горных пород

В зависимости от химического состава все минералы разде­ляются на несколько классов, важнейшими из которых являются: самородные элементы, сульфиды, галоиды, окислы и гидроокислы, карбонаты, фосфаты, сульфаты, силикаты, а также природные органические соединения.

Самородные элементы. Это класс минералов, со­стоящих из какого-либо одного элемента. Они мало распростра­нены в земной коре. К ним относятся золото, серебро, медь, платина, алмазы, графит, сера и др.

Сера - S. Встречается в виде кристаллов и землистых агре­гатов, желваков, налетов; цвет соломенно-желтый до бурого; черта бесцветная; блеск жирный; твердость 1,5-2,5; спайность несовершенная; относительная плотность 2; образуется при химическом разложении гипса и сернистых соединений, при вул­канических извержениях.

Сульфиды (сернистые соединения). Класс сульфидов объединяет свыше 250 минералов. В химическом отно­шении сульфиды представляют собой соединения различных эле­ментов с серой (производные H 2 S). Наиболее распространены галенит, сфалерит, халькопирит, пирит, борнит, киноварь, молиб­денит и др.

Галенит (свинцовый блеск) - PbS. Кристаллы кубической формы; цвет свинцово-серый; черта серовато-черная, блестящая; непрозрачен; блеск металлический; твердость 2,5; спайность совершенная по кубу; относительная плотность 7,5; часто встре­чается с пиритом и сфалеритом; нередко содержит примеси се­ребра; происхождение гидротермальное. Применяется как руда на свинец и серебро.

Сфалерит (цинковая обманка) - ZnS. Встречается в виде кристаллов тетраэдрической формы; цвет бурый, коричневый, черный, реже желтый, зеленоватый; красный, иногда бесцвет-64

ный; черта желтая; блеск жирный, алмазный; прозрачен или полупрозрачен; изотропен; твердость 3-4; спайность весьма совершенная; относительная плотность 3,5-4,2; образуется при гидротермальных процессах. Применяется как цинковая руда.

Халькопирит (медный колчедан) - CuFeS 2 . Встречается в виде неправильных зерен и сплошных масс; кристаллы тетраэдриче­ской и октаэдрической формы; цвет латунно-желтый, нередко с пестрой побежалостью; черта черная с зеленоватым оттенком; блеск металлический; твердость 3-4; спайность несовершенная; относительная плотность 4,1-4,3; непрозрачен; слабо анизотро­пен; происхождение различное. Применяется как медная руда.

Пирит (серный колчедан) - FeS 2 . Самый распространенный сульфид; встречается в виде кристаллов кубической формы, сплошных масс, конкреций и т. п.; цвет светло-желтый, часто с побежалостью латунно-желтого, бурого и пестрого цвета; не­прозрачен; изотропен; твердость 6,65; спайность весьма несовер­шенная; относительная плотность 4,9-5,2; происхождение раз­личное. Применяется как сырье для получения серной кислоты.

Галоиды. Минералы этого класса представляют собой соли галоидно-водородных кислот: НС1, HF, НВг, HI. Наиболее распространены соли хлористой кислоты - галит и сильвин.

Галит (каменные соли) - NaCl. Встречается в виде кристал­лических агрегатов, реже - отдельных кристаллов кубической формы; бесцветный или белого цвета, встречаются разности крас­ного, серого, синего, желтого цветов; прозрачен и просвечивает; твердость 2; спайность совершенная в трех направлениях; отно­сительная плотность 2,15; хрупкий; легкорастворим в воде; вкус соленый; образуется в процессе осадконакопления, осаж­дается на дне соленых озер и залегает в виде пластов.

Окислы и гидроокислы. Минералы этого класса составляют около 17 % массы литосферы. Класс делится на две группы: 1) окислы и гидроокислы кремния (кварц, халцедон, опал и др.), 2) окислы и гидроокислы металлов (гематит, магне­тит, лимонит, касситерит, корунд и др.).

Кварц - SiO 2 . Один из наиболее распространенных в природе минералов, на его долю приходится более 12 % массы литосферы; встречается в виде зернистых агрегатов, хорошо образует кри­сталлы в форме шестигранной призмы, оканчивающейся с одной или двух сторон шестигранной пирамидой; грани часто покрыты тонкой поперечной штриховкой; цвет кварца различный; его бес­цветная прозрачная разновидность - горный хрусталь, серо­ватая- дымчатый кварц, фиолетовая - аметист, черная - ма-рион; блеск на гранях стеклянный, на изломе - жирный; твер­дость 7; спайность весьма несовершенная; излом раковистый, неровный; относительная плотность 2,7; происхождение кварца различное.

Скрытокристаллическая разновидность кварца называется хал­цедоном. Он образует плотные массы, натечные образования,

3 Абрикосов И. X. и др. 65

желваки молочно-ceporo, желтого и других цветов; полосчатая разновидность халцедона называется агатом, а загрязненная песком и глиной - кремнем.

Опал - SiO 2 -nH 2 O. Аморфный минерал, встречающийся в виде плотных натечных масс; цвет желтоватый, оранжевый, красно­ватый, черный; блеск слабостеклянный, слабожирный; излом раковистый, неровный; твердость 5,5; относительная плотность 1,9-2,3; при нагревании кусочков опала в пробирке выделяется вода, этим опал отличается от халцедона.

Гематит (железный блеск) - Fe 2 O 3 . Встречается в виде листовых, чешуйчатых, зернистых и землистых агрегатов, редко в виде кристаллов ромбоэдрического строения; цвет в кристаллах серо-стальной до черного, в чешуйках просвечивает тёмнокрас­ным, землистые агрегаты - красные; черта вишнево-красная; блеск металлический; твердость 5-6; спайность несовершенная; излом раковистый; непрозрачный; относительная плотность 5,2; обладает магнитными свойствами; образуется при метаморфиче­ских и гидротермальных процессах. Гематит является важнейшей железной рудой.

Магнетит (магнитный железняк) - FeO-Fe 2 O 3 . Встречается в виде зернистых масс, вкраплений, кристаллов; цвет железо-черный с синеватым оттенком; черта черная; блеск металличе­ский; непрозрачный; твердость 5,5-6,5; спайность несовер­шенная; относительная плотность 4,9-5,2; обладает сильными магнитными свойствами; наиболее крупные месторождения имеют метаморфическое происхождение.

Карбонаты. Класс карбонатов объединяет минералы, являющиеся солями угольной кислоты Н 2 СО 3 . Для всех карбона­тов характерна способность вступать в реакцию с соляной кисло­той НС1. На их долю приходится около 2 % массы земной коры. Некоторые карбонаты являются рудами металлов: железа, мар­ганца, меди, цинка, свинца и др.

Кальцит (известковый шпат) - СаСО 3 . Самый распростра­ненный минерал этого класса, он целиком слагает такие породы, как известняк, мел и мрамор; бесцветный, белый, из-за примесей иногда имеет желтые, розоватые, сероватые и голубоватые тона; черта белая; блеск стеклянный, иногда перламутровый; прозрач­ный или просвечивает, прозрачные кристаллы кальцита называются исландским шпатом; твердость 3; спайность совершенная; отно­сительная плотность 2,6; бурно реагирует с соляной кислотой; происхождение осадочное, гидротермальное, биогенное, может быть также продуктом метаморфизма. Применяется в строитель­ной, химической, металлургической, оптической и других отрас­лях промышленности.

Доломит - MgCa(CO 3) 2 . Встречается в виде зернокристалли-ческих масс, почвовидных, шаровидных и других агрегатов; цвет белый, сероватый, красноватый, зеленоватый; блеск стеклянный; твердость 3,5-4, спайность совершенная; относительная плот-

ность 2,8-2,9; реагирует с НС1 в порошке или при нагревании; происхождение гидротермальное и осадочное. Применяется в строи­тельной, металлургической и других отраслях промышленности.

Фосфаты. Фосфаты относительно слабо распространены. Их масса не превышает 0,1 % массы литосферы. Из многочислен­ных минералов этого класса, в основном солей ортофосфорной кислоты, наибольшее практическое значение имеют апатит и фосфорит.

Апатит - Са 5 (F или С1) (РО 4) 3 . Встречается в виде мелко­зернистых масс, реже в виде отдельных кристаллов в форме шестигранной призмы, достигающих огромных размеров; цвет белый, зеленый, фиолетовый, бурый; черта светлая; блеск стек­лянный, на изломе жирный; твердость 5; спайность несовершен­ная; излом неровный; относительная плотность 3,2; образуется чаще магматическим путем при внедрении щелочных магм. Слу­жит сырьем для получения фосфора и фосфорных удобрений.

Фосфориты имеют такой "же состав, что и апатиты, но обра­зуются в результате экзогенных процессов; генезис - осадочный, химический и биогенный; легко растворяются при нагревании в соляной и азотной кислотах. Применяются для получения су­перфосфата.

Сульфаты. Минералы этого класса - соли серной кис­лоты. Образуются они в основном в результате осаждения солей серной кислоты в лагунах и озерах и при окислении сульфидов. Наиболее распространены гипс и ангидрит.

Гипс -CaSO 4 -2H 2 O. Встречается в виде толсто- и тонко-таблитчатых кристаллов; цвет белый, бесцветный, примеси обус­ловливают различные цветные тона; черта белая; блеск стеклян­ный; твердость 2; спайность весьма совершенная; относительная плотность 2,3. При обезвоживании гипс переходит в ангидрит.

Ангидрит - CaSO 4 . Встречается в виде плотных мелкозер­нистых масс; цвет белый; блеск стеклянный; просвечивает; твер­дость 3-3,5; спайность совершенная; относительная плотность 3.

Силикаты. Самый многочисленный класс минералов. На их долю приходится до 33 % всех минералов. Силикаты составляют до 75 % массы земной коры (без кварца, сходного с ними по внутренней структуре). Участвуют в образовании пород, некоторые представляют собой ценные полезные ископаемые: драгоценные камни, слюды, керамическое сырье, руды. Силикаты- соли кремниевых и алюмокремниевых кислот. Наиболее распро­странены полевые шпаты. На их долю приходится до 50 % массы земной коры. В свою очередь, полевые шпаты делятся на калиевые полевые шпаты и плагиоклазы.

Из калиевых полевых шпатов наиболее представителен орто­клаз.

Ортоклаз - KAlSi 3 O 8 . Является составной частью осадочных,
пзверженных и метаморфических пород; встречается в виде зер­
нистых масс и кристаллов таблитчатой формы; цвет белый, светло-
3* 67

серый, розовый, мясо-красный; блеск стеклянный; твердость 6; спайность совершенная; относительная плотность 2,6; разно­видность ортоклаза - микроклин.

Плагиоклазы объединяют группу минералов, состоящих из смеси двух конечных минералов этой группы: альбита - NaAlSi 3 O 8 и анортита - CaAl. 2 Si 2 O 8 , имеющих одинаковую кристалличе­скую решетку. Такая смесь минералов называется изоморфной. Группу плагиоклазов составляют следующие минералы: альбит, олигоклаз, андезин, Лабрадор, битовнит и анортит.

Альбит. Встречается в виде плотных зернистых масс; образует кристаллы в виде мелких пластинок, сросшихся в щетки; цвет обычно белый; черта белая или бесцветная; блеск часто перла­мутровый; твердость 5,5-6,0; спайность совершенная по двум направлениям; относительная плотность 2,6.

Одну из групп силикатов составляют пироксены.

Авгит - Ca(Mg, Fe, Al) (Si, A1) 2 O 6 . Наиболее яркий пред­ставитель группы пироксенов; чаще встречается в виде зернистых агрегатов; кристаллы имеют форму восьмигранных столбиков; цвет зеленовато-черный и черный; блеск стеклянный; твердость 5-6; спайность средняя; относительная плотность 3,5.

В отличие от пироксенов минералы группы амфиболов имеют иное строение кристаллов. Типичным минералом этой группы является роговая обманка.

Роговая обманка. Характеризуется очень сложным и непо­стоянным химическим составом; кристаллы представляют собой удлиненные четырех- и шестигранные призмы; встречаются в виде волокнистых и плотных масс и отдельных кристаллов; цвет темно-зеленый, черный; черта зеленая; твердость 5,5; спайность совер­шенная в двух направлениях, в третьем направлении - занози­стый излом; блеск стеклянный; относительная плотность 3,1-3,3.

Большую группу минералов образуют листовые силикаты, к которым относят слюды (мусковит и биотит), тальк, серпентин, каолинит, глауконит и др.

Мусковит (белая слюда). Бесцветный минерал; блеск стеклян­ный, перламутровый; твердость 2-3; спайность весьма совер­шенная, раскалывается на очень тонкие пластинки по плоскостям спайности; относительная плотность 2,7; образуется при магма­тических и метаморфических процессах. Применяется в электро-и радиотехнике и др.

Каолинит (фарфоровая глина) - Al 2 (OH) 8 . Встре­чается в виде плотных порошковидных и землистых масс; цвет белый, серовато-белый, желтоватый; твердость 1; излом земли­стый; прилипает к языку; относительная плотность 2,6; образуется при выветривании главным образом полевых шпатов, слюд и содержащих их пород. Применяется на строительстве, при про­изводстве керамики, бурении скважин, для получения алюминия.

Природные органические соединения. Среди природных органических соединений особая роль отводится 68

углеводородам. Это твердые, жидкие и газообразные химические соединения углерода (С) и водорода (Н), называемые битумами и получающиеся в результате распада органических веществ.

К жидким битумам относится нефть. Подробно о нефти ска­зано во втором разделе учебника.

К твердым битумам относятся асфальты, кериты, антраксолиты и др. Все твердые битумы (за исключением озокерита) являются продуктами изменения тяжелых смолистых нефтей нафтеново-ароматического типа.

Асфальты (горные смолы). Это хрупкий (иногда вязкий) смо­листый минерал темно-бурого, почти черного цвета; представляет собой смесь окисленных углеводородов с содержанием С от 67 до 88 %, Н от 7 до 10 % и О + N + S от 2 до 23 %; твердость 2; относительная плотность 1,0-1,2; является продуктом измене­ния нефтей с нафтеновым основанием; легкорастворим в скипи­даре, хлороформе и сероуглероде; часто пропитывает пески и известняки, а также встречается в виде жил, заполняет пустоты, образуя озера. Асфальты широко применяются в промышлен­ности.

Асфальтиты. Так называется группа твердых и более чистых, чем асфальты, ископаемых битумов - альберита, гремита, гра-хемита. Элементарный состав асфальтов и асфальтитов прибли­зительно одинаков; цвет асфальтитов черный; хрупкие; поверх­ность излома блестящая; относительная плотность 1,13-1,20; полностью растворяются в хлороформе; плавятся без видимого разложения.

Кериты. Твердые, углеводородные битумы, образовавшиеся в результате метаморфизма нефтей; элементарный состав: С (80-90 %), Н (4-10 %), О + N + S (2,5-10 %); твердые, очень хрупкие минералы черного цвета с сильным блеском; в органиче­ских растворителях полностью не растворяются; при нагревании не плавятся, а вспучиваются и разлагаются.

Антраксолиты. В отличие от рассмотренных выше твердых битумов антраксолиты являются продуктом более высокой сте­пени метаморфизма нефтей. Это черное, хрупкое, блестящее вещество, нерастворимое в органических растворителях; при на­гревании не плавится; элементарный состав: С 90-99 %, Н 0,2- 4 %, О + N + S 0,5-5 %; относительная плотность 1,3-2,0; залегает в виде жил.

Озокериты (горный воск). Минералы от светло-желтого до черного цвета, с раковистым изломом; относительная плотность 0,85-0,97; температура плавления 52-82 °С. Твердость озокери-тов определяется глубиной проникновения иглы под нагрузкой (пенетрация), она изменяется от 2-8° (царапание ногтем) до 360° (мазеподобен); озокериты горят ярким пламенем. Элементар­ный состав: С 84-86 %, Н 13-15 %, N 0-26 %, S 0 - 0,2 %. В составе озокеритов преобладают твердые парафиновые угле­водороды метанового ряда (С л Н. г „ +2)-. Хорошо растворимы в бен-

зине, керосине, нефти, сероуглероде, смолах, хлороформе. Широко используются в электротехнике, парфюмерии, кожевенной и тек­стильной промышленности, а также в медицине.

Газообразные битумы. Они объединяют природные углеводо­родные газы, среди которых выделяют сухие газы, попутные, газы газоконденсатных и газы каменноугольных месторождений. Подробно рассмотрены во втором разделе учебника.

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

Основные типы минералов	Классы	Подклассы	Группы
I.Простые вещества	1.Самородные элементы	1.Самородные металлы 2.Самородные неметаллы 3.Самородные полуметаллы	Гр. платины, гр. меди Гр. серы, гр. графита Гр. мышьяка
II.Халькогениды сернистые соединения)	1.Сульфиды	1.Простые сульфиды 2.Сложные сульфиды	Гр. пирита Гр. халькопирита
III.Кислород-ные соединения	1.Оксиды и гидрооксиды 1.Сульфаты 2.Фосфаты 3.Карбонаты 4.Силикаты	1.Простые ок-сиды и гидрооксиды 2.Сложные оксиды 1.Островные 2.Цепочечные 3.Ленточные 4.Листовые 5.Каркасные	Гр. гематита, гр. корунда, гр. кварца Гр. магнетита Гр. гипса, гр. ангидрита, гр. барита Гр. апатита Гр. кальцита, гр. доломита Гр. оливина Гр. пироксенов Гр. амфиболов Гр. слюд, гр. талька, гр. глин, гр. хлорита, гр. серпентина Гр. полевых шпатов, гр. фельдшпатоидов
IV.Галогениды (галоидные соединения)	1.Хлориды 2.Фториды		Гр. галита Гр. флюорита

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.

К концу XIX века перечень минералов достигал 750 наименований. Сейчас в природе известно более 4000 минералов и открытие новых продолжается. Но лишь малая их часть, а это всего 40-50 видов, сравнительно обычна: кварц, полевые шпаты, слюды, оливин, пироксены, амфиболы . Эти минералы составляют основную часть многих горных пород и поэтому они называются породообразующими.

Различают минералы первичные (выделившиеся непосредственно из магмы при её застывании или при кристаллизации водных растворов либо сформировавшиеся в результате метаморфизма –рекристаллизации в твёрдом состоянии) и вторичные (появившиеся в результате видоизменений уже сформировавшихся минералов, например окисления или восстановления при низких температурах и давлении вблизи земной поверхности).

Классификация минералов

Основой классификации минералов является их химический состав, а также симметрия их кристаллической решётки. В настоящее время все минералы подразделяют на девять классов это:

Самородные элементы

Слиток сросшихся кристаллов сульфида железа FeS2

Сульфиды состоят из серы в соединении с металлом или с металловидным веществом.

К ним относятся такие металлические руды, как галенит, халькопирит, киноварь.

Обычно сульфиды тяжёлые и хрупкие.

Они являются первичными минералами и после вступления в контакт с атмосферой, многие быстро превращаются в оксиды.

Галогениды

Оксиды – это соединения металлов с кислородом. Они являются наиболее разнообразной по физическим характеристикам группой. Здесь и тусклые земли (боксит) и ювелирные камни (сапфиры, рубины). Твердые первичные оксиды обычно образуются глубоко в земных недрах, более мягкие – ближе к поверхности вследствии контакта с воздухом.

Карбонаты (с нитратами и боратами)

Ангидрит - это безводный сульфат кальция.

Сульфаты – минералы, образующиеся в результате соединения металлов с сульфатной группой (сера и кислород).

Они мягкие, прозрачные или просвечивающие, ненасыщенного цвета.

Широко распространены гипс, ангидрит, барит.

Фосфаты (с арсенатами и ванадатами)

Силикаты – металлы соединённые с силикатной группой (кремний и кислород), это самые рапространённые минералы в природе (поти треть всех минералов – силикаты). Все они делятся на подгруппы в зависимости от своей внутренней структуры (незосиликаты, соросиликаты, иносиликаты, циклосиликаты, филосиликаты и тектосиликаты). Представители этого класса – кварц, полевые шпаты.

Органические соединения

В эту группу входят твёрдые тела, встречающиеся в природе и возникшие благодаря жизни и деятельности живых организмов. Из-за этого их не всегда относят к минералам. Представлена группа такими минералами, как янтарь, гагат, жемчуг, вевеллит.

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

Группа по степени устойчивости	Наименование минœералов	Характер изменений
Наиболее устойчивые, нерастворимые	Кварц Мусковит Лимонит	Физическое размельчение без изменения химического состава
Среднеустойчивые, нерастворимые	Ортоклаз Альбит Авгит Роговая обманка	Физическое разрушение и гидролиз: образуются вторичные минœералы: каолинит, лимонит, опал
Менее устойчивые, нерастворимые	Лабрадор Биотит	То же, но процесс протекает интенсивнее
Слабоустойчивые, нерастворимые	Пирит Оливин	Окисление: образуется лимонит и серная кислота Окисление: образуется серпентин, хлорит, магнезит
Слаборастворимые	Доломит Кальцит	Физическое размельчение и растворение
Среднерастворимые	Ангидрит Гипс	Растворение, гидратация, дегидратация
Сильнорастворимые	Галит	Интенсивное растворение, пластическое течение при длительном действии одностороннего воздействия

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

Состав породы	Породы интрузивные (глубинные)	Породы эффузивные (излившиеся)
химический	минœералогический
Кислые SiO 2 > 65 %	Кварц, полевой шпат, слюда	Гранит	Липарит, пемза, кварцевый порфир, обсидиан
Средние SiO 2 (65-52 %)	Калиевый полевой шпат, плагиоклаз, роговая обманка Плагиоклаз, роговая обманка	Сиенит Диорит	Трахит, ортофир Андезит, андезитовый порфирит
Основные SiO 2 = 52-40 %	Плагиоклаз, пироксен Плагиоклаз	Габбро Лабрадорит	Базальт, диабаз
Ультраосновные SiO 2 < 40 %	Оливин Оливин, пироксен Пироксен	Дунит Перидотит Пироксенит

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

Группа пород	Размеры обломков, мм	Рыхлые породы	Сцементированные породы
окатанные	неокатанные	окатанные	неокатанные
Грубообло- мочные (псефиты)	> 200 200-10 10-2	Валуны Галька, галечник Гравий	Глыбы Щебень Дресва	Конгломераты валунные Конгломераты галечные Конгломераты гравийные	Глыбовые брекчии Брекчии
Песчаные (псаммиты)	2-1 1-0,5 0,5-0,25 0,25-0,1	Пески Грубозернистые Крупнозернистые Среднезернистые Мелкозернистые	Песчаники Грубозернистые Крупнозернистые Среднезернистые Мелкозернистые
Алевриты	0,1-0,01	Алевриты (лессы, суглинки, супеси)	Алевролиты
Пелиты	< 0,01	Глины	Аргиллиты

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

Эра (группа)	Период (система)	Индекс	Длительность млн. лет	Эпоха (отдел)	Индекс	Цвет на карте
Кайнозойская KZ 65 млн. лет	Четвертичный	Q	1,7-1,8	Голоцен Плейстоцен	Q 2 Q 1	Бледно-серый
Неогеновый	N		Плиоцен Миоцен	N 2 N 1	Желтый
Палеогеновый	Р		Олигоцен Эоцен Палеоцен	Р 3 Р 2 Р 1	Оранжево-желтый
Мезозойская МZ 170 млн. лет	Меловой	К		Верхнемеловая Нижнемеловая	К 2 К 1	Зелœеный
Юрский	J	55-60	Верхнеюрская Среднеюрская Нижнеюрская	J 3 J 2 J 1	Синий
Триасовый	Т	40-45	Верхнетриасовый Среднетриасовый Нижнетриасовый	Т 3 Т 2 Т 1	Фиолетовый
Палеозойская РZ	Пермский	Р	50-60	Верхнепермская Нижнепермская	Р 2 Р 1	Оранжево-коричневый
Каменно-угольный	С	50-60	Верхнекаменно-угольная Среднекаменно-угольная Нижнекаменно-угольная	С 3 С 2 С 1	Серый
Девонский	С		Верхнедевонский Среднедевонский Нижнедевонский	Д 3 Д 2 Д 1	Коричневый
Силурийский	S	25-30	Верхнесилурийский Нижнесилурийский	S 2 S 1	Серо-зелœеный (светлый)
Ордовикский	О	45-50	Верхнеордовикский Среднеордовикский Нижнеордовикский	О 3 О 2 О 1	Оливковый
Кембрийский	Є	90-100	Верхнекембирский Среднекембирский Нижнекембирский	Є 3 Є 2 Є 1	Синœе-зелœеный (темный)
Протерозойская PR						Сиренево-розо Классификация минералов - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Классификация минералов" 2017, 2018.

Минералы представляют собой природные химические соединения, имеющие определенные физические свойства, форму и характеризующиеся своеобразными условиями образования, или генезисом.

Пример: сера – самородный элемент, широко применяется в сельском хозяйстве, галит-NaCl – каменная соль – используется в пищевой промышленности, кварц – SiO 2 , горный хрусталь – разновидность кварца, слюды (мусковит – светлый, биотит – черный) – разновидность кварца и др.

Минералы образуются в разнообразных физико-химических и термодинамических обстановках. Но каждый конкретный минерал образуется только при определенной температуре, давлении, концентрации минерального вещества, поэтому и устойчив он только в определенных условиях, близких к тем, в которых он образовался. В другой обстановке минералы постепенно разрушаются, перерождаются, образуют разновидности или даже совершенно новые минеральные образования, устойчивые в новых условиях.

Известно 2000 минералов, с разновидностями их более 4000. Но из этого огромного количества немногие минералы имеют широкое распространение в природе. Эти минералы, а их всего около 50, входят в состав важнейших известных науке горных пород, многие из них содержатся в почве, оказывают влияние на ее физико-химические свойства и на плодородие. Эти минералы называют минералами почвенного скелета. Из 64 породообразующих минерала, мы должны знать не меньше 20-22, а именно те, которые входят в состав рыхлых осадочных пород, т.е. в состав глины, песка и пр. Но мы должны знать и другие минералы, поскольку и на них (горы) растут деревья (лес).

Большинство минералов являются твердыми (кварц, полевой шпат др.), но есть жидкие минералы (ртуть, вода, нефть) и газообразные (углекислота, сероводород и др.). По условиям происхождения все минералы подразделяют на три группы : магматические, осадочные и метаморфические.

Образование магматических минералов происходит при высокой температуре и обычно большом давлении. Вследствие расплавления пород в небольших обособленных очагах на различных глубинах образуется магма – тестообразный расплав сложного силикатного состава, содержащий различные газы, пары воды и горячие водные растворы.

Осадочное происхождение минералов в самой общей схеме выглядит примерно так; выветривание > перенос > отложение (образование осадка) > диагенез (образование горной породы). Образовавшиеся таким путем минералы, горные породы и полезные ископаемые называют осадочными. Осадконакопление (седиментация) происходит в поверхностных частях земной коры (как в морях, так и на суше) и на самой поверхности при невысоких температурах и давлении, близком к атмосферному, под влиянием физико-химических агентов атмосферы, гидросферы, земной коры и жизнедеятельности организмов. Осадки могут быть обломочного, химического и биологического происхождения.

Сложный физико-химический процесс изменения, перерождения и перекристаллизации уже готовых минералов и горных пород с сохранением их твердого состояния без заметного расплавления называется метаморфизмом. Процессы метаморфизма происходят на глубине, где существуют высокие (от 100-200 до 800° С) температуры и большое давление (до 152 103 кПа) – кальцит, известняк – в мрамор.

Формы нахождения минералов в природе различны. Встречаются налеты, выцветы, примазки кристаллов, чешуйчатые (тальк), плотные (хальцедон), землистые (каолин, охра), листоватые (слюда), игольчатые, призматические (гипс, роговая обманка) и т.д.

Классификация минералов. Наиболее объективной классификацией минералов является кристаллохимическая, учитывающая химический состав и строение (кристаллическое, аморфное) минералов.

Выделяются следующие семь (7) классов минералов: - самородные; - сульфиды (сернистые соединения); - галоидные соединения (галоиды); - окислы и гидроокислы; - соли кислородных кислот; - силикаты; - углеводородные соединения.

I класс – самородные элементы . К этому классу относятся химические элементы, находящиеся в природе в свободном состоянии. Это минералы, состоящие из одного элемента (золото, серебро, алмаз, медь, платина и др.). Известно 90 минералов этого класса, составляют они около 0,1% массы земной коры. Породообразующего значения не имеют, но народно - хозяйственное значение огромное.

II класс – сульфиды – производные сернистого водорода H 2 S или, реже многосернистых водородов. Известно около 200 минералов, составляющих 0.15-0.25% массы земной коры, или около 10% всех минералов. Сульфиды – непородообразующие минералы, но являются рудами многих важных металлов: меди, серебра, цинка, свинца и др., вследствие чего их значение в экономике страны очень велико.

Минералы в зоне выветривания неустойчивы: они разрушаются и переходят в различные кислородные соединения. Наиболее распространенными минералами этой группы являются:

Пирит – FeS 2 (серный колчедан, железный колчедан) – является основным видом сырья для получения H 2 SО 4 , халькопирит CuFeS 2 (медный колчедан) – главная руда на медь, в зоне выветривания он легко окисляется, образуя сульфиды Сu и Fe, применяющиеся широко в сельском хозяйстве, киноварь – HgS – единственная руда для получения ртути.

Ш Класс – галоидные соединения (галоиды ). Минералы этого класса (~ 120 видов) представляют соли хлористоводородной (хлориды) и фтористоводородной (фториды) кислот. Хлориды широко распространены в природе. Хлориды осадочного происхождения, образуются в результате отложения из водных бассейнов (соли натрия и калия).

Галоиды могут быть безводные и водные. К ним относятся такие важные в жизни человека и растений минералы, как галит (каменная соль) - NaCI, сильвин – KCI (желтый и синий), карналит – МgCl 2 КСl 6Н 2 О (красный). Галоиды залегают вместе с калийными солями в соляных месторождениях и используются для производства калийных удобрений. Кроме этого широко применяются они в консервной, химической промышленности, рыбном производстве.

IV Класс – окислы, соединения различных элементов с кислородом. Они очень распространены в природе, играют огромную роль в образовании земной коры. Наиболее распространены кварц – SiO 2 , опал – (SiO 2 nH 2 O), корунд (Al 2 O 3), гематит (красный железняк)– Fe 2 O 3 , магнетит – Fe 3 О 4 и др.

V Класс – Соли кислородных кислот – H 2 SO 4 , HNO 3 , Н 3 РО 4 , H 2 CO 3 , кремневой и др. Они имеют большое значение в почвообразовании и изготовлении удобрений.

Например – соли HNO 3 всегда считались важнейшим видом удобрений (NH 4 NO 3 , Ca(NO 3) 2 и др.), соли угольной и серной кислоты – СаСО 3 , CaSO 4 2Н 2 О применяют для улучшения физико – химических свойств почвы и улучшения произрастания растений. В тоже время сода (Na 2 CO 3) является одной из наиболее токсичных (вредных) кислородных солей для растений юга страны.

Главнейшие минералы этого класса следующие:

а) сульфаты – соли серной кислоты. Гипс -СаSО 4 2H 2 O, мирабилит-(Na 2 SO 4 10Н 2 О) – для получения соды, в медицине – как слабительное.

б) карбонаты – соли угольной кислоты. Кальцит – СаСО 3 , магнезит - MgCO 3 , доломит – СаСО 3 MgCO 3 , сидерит – железный шпат (FeCO 3) - желтовато-белый, для получения Fe, сода – Na 2 СО 3 10Н 2 О.

в) фосфаты – соли фосфорной кислоты.

– апатит-Са 5 (РО 4) 3 F, хлор-апатит Са 5 (РО 4) 3 С1– для получения Н 3 РО 4 , суперфосфата, фосфориты – Са 3 (РО 4) 2 , вивианит - Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O– белого цвета - фосфорное удобрение синеет на воздухе, сидерит – FeCO 3 .

VI класс – класс силикатов - минералы кремневых и алюмокремневых кислот. В эту группу входит огромное количество минералов, встречающихся в природе. Силикаты составляют 75% земной коры, а если прибавить 12% свободного кремнезема, то будет понятна ведущая роль этих минералов в геохимии. В почвообразовательных процессах силикаты являются одной из важнейших частей ППК, т.е. наиболее активной части почвы, от которой зависят физические, «химические, биологические и агрономические ее свойства.

К простым силикатам относятся следующие минералы:

- оливин [(MgFe) 2 SiO 4 ] -темная или зеленовато-желтая окраска, драгоценный камень, огнеупорный кирпич.

- роговая обманка – в зоне магмы она является породообразующим минералом гранитов, диоритов, сиенитов и др. известных пород. Имеет сложный и непостоянный химический состав, бурого цвета с различными оттенками. При выветривании дает гидроокислы металлов - карбонаты и глинные минералы.

– полевые шпаты – составляют около 50% массы земной коры. Встречаются они в изверженных породах, а также в сланцах и песчаниках. При выветривании полевые шпаты образуют углекислые соли,глинистые минералы и кремневую кислоту. К важнейшим представителям полевых шпатов: относятся ортоклаз – разная окраска, альбит}