1. Изучение и определение породообразующих минералов

 

1.1. Общие сведения о минералах и горных породах

 

Объектом деятельности инженеров-строителей являются верхние горизонты  Земной коры. Она сложена различными природными образованиями – горными породами.

Горные породы представляют собой закономерные агрегаты (сочетание) или механическую смесь различных по составу кристаллических минеральных зерен, наряду с которыми могут присутствовать аморфное вещество и органические остатки.

Минералы - природные физико-химические соединения, возникающие при химических и физико-химических процессах, протекающих в земной коре.

Следует подчеркнуть, что в отличие от горных пород, минерал в любой точке своего объема характеризуется одной и той же химической формулой, что относится также к мономинеральным горным породам.

Наука, занимающаяся изучением горных пород, носит название петрография /от латинского petra (скала)/, а занимающаяся изучением минералов - минералогия. Основы современной минералогии заложены В.И.Вернадским, У.Бреггом,  В.Гольдшмидтом, А.Е.Ферсманом и др.

В настоящее время известно более З000 минералов, но иногда встречается и большая цифра, что объясняется тем, что некоторые минералы имеют несколько названий. Так, разновидностями корунда являются рубин, сапфир, в свою очередь сапфир в зависимости от окраски может называться падпараджа, лейкосапфир, звездчатый сапфир.

Минералы в природе встречаются в трех агрегатных состояниях. Большинство находится в твердом состоянии (кварц, кальцит, биотит и пр.), другие в жидком состоянии (ртуть, вода, растворы солей, минералов и т.д.), а также в газообразном (воздух, инертные газы, пары).

Большинство минералов имеет кристаллически-зернистое строение. Атомы в кристаллах расположены в определенных направлениях, поэтому для кристаллов характерна своя геометрическая форма и неодинаковость физических свойств по различным направлениям (анизотропность). Однако часто в природе кристаллические минералы распространены в виде зерен неправильной формы, не имеющих кристаллических граней, но обладающих независимо от их размеров внутренним кристаллическим строением (ортоклаз, кальцит, пирит и др.).

Реже встречаются минералы некристаллического строения – аморфные тела. Они не обладают правильной геометрической формой, и обладают свойствами изотропии - одинаковыми физическими свойствами по разным направлениям (янтарь, агат и пр.).

Из известных в настоящее время минералов небольшая часть (около 50) участвуют в образовании горных пород, их называютпородообразующими минералами. В горных породах в качестве примесей в незначительном количестве могут присутствовать акцессорныеминералы.

Процессы образования минералов в горных породах могут быть разделены на две группы:

А) Эндогенные (внутренней динамики Земли, глубинные) процессы, происходящие за счет внутренней, тепловой энергии Земли. Такие минералы как кварц, слюда, полевой шпат кристаллизуются из огненно-жидких расплавов (магмы) в коре Земли, реже из лав на ее поверхности. Некоторые кристаллы образуются из водных растворов. Под воздействием этих процессов образуются магматические горные породы и минералы. Сюда же следует отнести и

    Метаморфические процессы, связанные с изменением ранее существовавших магматических и осадочных горных пород под воздействием огромных давлений, высоких температур, химически активных веществ. Такие условия возникают либо на контакте верхней мантии и земной коры, а также на контакте интрузивных образований (лакколитов, батолитов, штоков и др.) с вмещающими (материнскими) породами. В результате этих процессов возникают метаморфические горные породы и минералы

Б) Экзогенные (внешней динамики, поверхностные) процессы, происходящие на поверхности Земли, главным образом под воздействием энергии Солнца. Происходит физическое и химическое выветривание материнских пород и минералов, перенос продуктов выветривания, их отложение и дальнейшие диагенетические преобразования. Так образуются, к примеру, галит, опал, гипс и др. минералы. Под воздействием этих процессов образуются осадочные горные породы и минералы.

Классифицируются минералы по нескольким параметрам: генезису (происхождению высший таксонометрический уровень этой классификации приведен выше), по форме кристалла (кристаллографическая классификация) и др. Наиболее употребляемой является классификация по химическому составу. Ниже приведены основные классы минералов:

I.Самородные элементы: алмаз, графит, золото, медь, висмут, платина, сера, серебро и др.

II.Сульфиды (соли сероводородной кислоты): антимонит, аргентенит, галенит, киноварь, пирит, пирротин, халькопирит и др.

III. Галоиды (соли галоидно-водородных кислот): атакамит, галит, карналлит, криолит, сильвин, флюорит и др.

IV. Окислы и  гидроокислы: вольфрамит, касситерит, кварц, корунд, куприт, магнетит, опал, рутил и др.

V. Карбонаты, бораты, нитраты (соли угольной, борной, азотной кислот): доломит, кальцит, магнезит, малахит, сидерит, лазурит  и др.

VI. Сульфаты, хроматы, молибдаты, вольфраматы (соли серной и пр. кислот): ангидрит, гипс, молибденит, целестин, шеелит.

VII. Фосфаты, арсенаты, ванадаты   (соли фосфорной и др. кислот):  апатит, бирюза, ванадинит, лазурит, и др.

VIII. Силикаты (соли кремниевой кислоты): авгит, каолинит, лазурит, оливин, полевой шпат, роговая обманка, тальк, топаз, хлорит, цеолит и др.

Для определения наименования породообразующих минералов необходимо определить их химический состав, т.е. химическую формулу, а значит его наименование. Также существует оптический метод определения наименования минерала, основанный на изучении оптических свойств.