1.4 Методические рекомендации по выполнению практической работы №1 «Определение минералов по физическим свойствам»

Целью данной работой является получение навыков определения минералов по их физическим свойствам.

Необходимые материалы и инструменты: коллекция минералов, шкала Мооса, бисквит, компас.

Задание: определить физические свойства образцов коллекции.

Порядок выполнения работы:

Описать физические свойства образцов согласно порядка описания минерала (см. п.1.2) и дать ему название.

2 Горные породы и их образование

Горная порода – закономерная ассоциация минералов. Наука, занимающаяся изучением горных пород, называется петрография.

Подход к определению горных пород отличается от диагностики минералов, описанной выше. Основной задачей диагностики горных пород является правильное определение их происхождения. Соответственно, на первом этапе устанавливаются условия образования образца по внешнему виду, далее определяется цвет, минеральный состав, структура и текстура породы. Только на основании перечисленных данных можно предположить название породы.

Как и у минералов, цвет породы – важный диагностический признак. Он может указывать на минеральный состав, условия образования, химический состав породы и пр. Поэтому очень важно правильно описать цвет с указанием всех оттенков образца.Необходимо обратить внимание на то, что цвет образца на свежем сколе и на его поверхности может различаться. Цвет на свежем сколе соответствует наименее измененным (геологическими процессами) минералам и его в первую очередь требуется определить. Горная порода, подвергнутая выветриванию, на поверхности может иметь другой цвет, обусловленный процессами окисления.

Минеральный состав позволяет указать условия образования образца и дать ему название. В случае, если горная порода состоит только из одного минерала, она – мономинеральная. К таким породам относятся известняк, мрамор, кварциты. Первые два представляют агрегат кристаллических зерен кальцита, другой – кварца. Если в породу входит несколько минералов, она называется полиминеральной. Пример такой породы: гранит, состоящие из кварца, калиевого полевого шпата, кислого плагиоклаза, а также темноцветных минералов – биотита, пироксена, реже амфибола.

Строение горных пород характеризуется структурой и текстурой. Структура определяется состоянием минерального вещества, слагающего породу (кристаллическое, аморфное, обломочное), размером и формой кристаллических зерен или обломков, входящих в ее состав. Если порода целиком состоит из кристаллических зерен, выделяют полнокристаллическую структуру. При резком преобладании нераскристаллизовавшейся массы говорят о стекловатой или аморфной структуре. Если в стекловатую массу вкраплены кристаллические зерна (фенокристы или порфировые вкрапленники), структуру называют порфировой. Порода, состоящая из каких-либо обломков, имеетобломочную структуру (зернистую). Текстура горной породы указывает на взаимоотношение зерен в породе.

2.1 Классификация горных пород

В основу классификации горных пород положен генетический признак. По происхождению выделяют:

1. магматические горные породы, связанные с застыванием в различных условиях силикатного расплава – магмы и лавы;

2. осадочные горные породы, образующиеся на поверхности в результате деятельности различных экзогенных факторов;

3. метаморфические горные породы, возникающие при переработке магматических, осадочных, а также ранее образованных метаморфических пород в глубинных условиях при воздействии высоких температур и давления, а также различных жидких и газообразных веществ (флюидов), поднимающихся с глубины.

Магматические горные породы наряду с метаморфическими слагают основную массу земной коры, однако, на современной поверхности материков области их распространения сравнительно невелики. В земной коре они образуют тела разнообразной формы и размеров, так называемые структурные формы, состав и строение которых зависят от химического состава исходной для данной породы магмы и условий ее застывания. В основе классификации магматических горных пород лежит их химический состав. Учитывается, прежде всего, содержание оксида кремния (SiO₂), по которому магматические породы условно делят на четыре группы кислотности: ультраосновные породы, содержащие более 45% кремнезема (SiO₂), основные – 45-52%, средние – 52-65% и кислые – более 65%. Классификация горных пород приведена в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Классификация магматических горных пород

Содержание SiO2	Интрузивные	Эффузивные
65% кислые	Гранит Мин.состав: полевой шпат (плагиоклазы), кварц, слюда.	Риолит (липарит)
52-65% средние	Диорит Мин.состав: (50% темных, 50% цветных минералов) плагиоклаз, амфибол, пироксен	Андезит
45-52% основные	Габбро Мин.состав: пироксен, плагиоклаз, амфибол, оливин	Базальт
<45% ультраосновные	Перидотит Мин.состав: оливин, пироксен	Пикрит
Нефелиновый сиенит – гранит без кварца с нефелином. Пегматит – гигантокристаллический гранит. Обсидиан – эффузивная, аморфная стекловидная порода.

Породообразующими минералами магматических пород являются минералы класса силикатов: кварц, полевые шпаты, слюды, амфиболы, пироксены, которые в сумме составляют около 93% всех входящих в магматические породы минералов, затем оливин, фельдшпатоиды, некоторые другие силикаты и около 1% минералов других классов. В более основных породах преобладать цветные (темноцветные), менее богатые кремнеземом железисто-магнезиальные минералы, а в кислых – преимущественно светлые.Такое соотношение цветных и светлых минералов обусловливает, светлую окраску кислых пород, более темную основных и черную ультраосновных. С этим же связано увеличение плотности пород от кислых (2,58 г/см³) к ультраосновным (до 3,4 г/см³).

В зависимости от условий, в которых происходило застывание магмы, магматические породы делят на ряд групп: породы глубинные, или интрузивные, образовавшиеся при застывании магмы на глубине, и породы излившиеся, или эффузивные, связанные с застыванием магмы, излившейся на поверхность, т.е. лавы. К вулканическим породам кроме излившихся относятся пирокластические, представляющие скопление выброшенного при вулканических взрывах и осевшего на поверхность материала – куски застывшей в воздухе лавы, обломки минералов и пород. Интрузивные породы обладают массивной текстурой, характеризующейся отсутствием ориентировки минеральных зерен.

В эффузивных породах ориентированная текстура возникает чаще. При этом кристаллические зерна, струи стекла, пустоты располагаются упорядоченно по направлению течения потока лавы и породы приобретают флюидальную текстуру. Для них характерна также пористая текстура, отражающая процесс выделения газов при застывании лавы.

При описании магматических горных пород используют следующий порядок её определения:

1. Цвет.

2. Минеральный состав.

3. Структура. Необходимо определить в каком состоянии находится минералы в горной породе (кристаллы, зерна, аморфном) и указать для кристаллов их размеры:

а) кристаллическая:

• мелко <2 мм;

• средне 2-5мм;

• крупно >5 мм;

• гиганто> 10мм;

б) афонитовая(скрытокристаллическая) – если кристаллы невидны для эффузивных пород;

в) аморфная (стекловатая) для обсидиана.

4. Текстура:

массивная – если нет ориентировки зерен (чаще у интрузивных);

флюидальная – следы течения магмы.

порфировая – включения в эффузивных породах кристаллов

пористая (пузырчатая).

5. Название

6. Происхождение

Среди пирокластических пород выделяют туф и пемзу для которых характерна низкая плотность из-за их высокой пористости (пемза плавает на воду).

Осадочные породы. На поверхности Земли в результате действия различных экзогенных, т. е. внешних, факторов образуются осадки, которые в дальнейшем уплотняются, претерпевают физико-химические изменения – диагенез – и превращаются в осадочные горные породы. Они тонким чехлом покрывают около 75 % поверхности континентов. Многие из них являются полезными ископаемыми, другие – содержат таковые. Среди осадочных пород выделяются три группы:

1. обломочные породы,возникающие в результате механического разрушения каких-либо пород и накопления образовавшихся обломков;

2. глинистые породы,являющиеся продуктом преимущественно химического разрушения пород и накопления возникших при этом глинистых минералов;

3) химические (хемогенные), органогенные породы, образовавшиеся в результате химических и биологических процессов.

Обломочные и глинистые горные породы подразделяются по размеру зерен, окатанности, сцементированности и приведены в таблице 2.2.

В случае, если в глине присутствует песок, то выделяют глину песчанистую (песка 10-50%) и песок глинистый (песка >50%). Для современных отложений (четвертичных или антропогенных), залегающих возле поверхности, приняты следующие названия среднеобломочных пород:

• суглинок – 50% глины 50% песок;

• супесь – 70% песок 30% глины.

В полевых условиях существуют различные методики для диагностики ряда глина-суглинок-супесь.

Метод 1. Намочить образец и скатать. Глина скатывается в тонкую нитку, суглинок – в спичку, супесь – в «колбаску». Далее свернуть раскатанную породу вокруг пальца, чтобы образовалось кольцо. У глины образуется кольцо без трещин, у суглинка – с трещинами, у супеси – кольцо разламывается.

Метод 2. Диагностика на зуб. Разжевать небольшой кусочек образца в случае, если на зубах попадается песок, то это суглинок.

Таблица 2.2

Классификация осадочных горных пород

Размер зерен	Несцементированные		Сцементированные
	неокатанные	окатанные	неокатанные	окатанные
Грубообломочные (псефиты)
>200мм	Глыба	Валун	Брекчия глыбовая	Конгломерат валунный
10-200 мм	Щебень	Галька	Брекчия щебнистая	Конгломерат галечный
2-10 мм	Дресва	Гравий	Брекчия дресвяная	Конгломерат гравийный
Среднеобломочные (псаммиты)
0,05-2 мм	Песок		Песчаник
Мелкообломочные (пелиты)
0,005-0,05 мм	Алеврит (лесс + HCl)		Алевролит
<0,005 мм	Глина – 50% осадочных горных пород < 0,02 мм - глинистые минералы, а также обломки других минералов. Размокает в воде		Аргиллит Не размокает в воде

При описании обломочной горной породы определяют следующие характеристики:

1. Цвет.

2. Структура. Соответствует размеру обломков:

• псефитовая – больше 2 мм;

• псаммитовая – 0,05-2 мм;

• пелитовая – менее 0,05 мм.

3. Текстура:

• слоистая;

• однородная.

4. Сцементированость. Указывает на состав цемента, связывающий обломки и зерна:

• Сильно – кремнистый цемент. Очень тяжело разбить молотком;

• средне – карбонатный, разбивается молотком, вступает в реакцию с НС1;

• слабо – расщепляется руками и состоит из глинистого цемента.

5. Название.

6. Происхождение.

Химические и органогенные породы образуются преимущественно в водных бассейнах.

Их классифицируют по химическому составу:

1. Карбонатные породы составляют14% от всех осадочных пород. Наиболее распространенными породами данной группы является известняк, состоящий из кальцита или доломита. Он может образовываться двумя путями: осаждаться из воды (хемогенный) или является продуктом жизнедеятельности организмов (органогенный) – ракушечный известняк, рифовый известняк. К этой группе относится мел, образовавшийся из остатков микроскопических водорослей в морских бассейнах и состоит из кальцита. С мелом часто ассоциируют мергель, являющейся смесью мела и глины. В отличии от мела он серого цвета и при реакции с НС1 оставляет грязное пятно.

2. Кремнистые породы состоят из опала, халцедона и кварца (SiO₂). Наиболеераспространенные породы:

• диатомиты – легкие пористые породы, похожие на мел, но не вступающие в реакцию с НСl. Прилипает к языку;

• опока – серая, черная пористая горная порода, прилипающая к языку;

• кремень – серого цвета с концентрически-зональной текстурой. Часто встречается в карбонатных породах.

3. Каустобиолиты. Образуются из растительных и животных остатков, преобразованных под влиянием различных геологических факторов. Эти породы обладают горючими свойствами, чем и обусловлено их важное практическое значение. К ним относятся породы ряда углей. Они являются горючими полезными ископаемыми.

Торф – пористая порода с видимыми остатками растений. Содержание углерода (С) до 60%.

Бурый уголь – темно-бурая плотная порода. Содержание Сдо 75%.

Каменный уголь – черная, более плотная порода, нежели бурый уголь. Содержание Сдо 90%.

Антрацит – серовато-черные породы с сильным металловидным блеском, образовавшаяся при повышенном давлении и температуры. Излом неровный, раковистый; рук не пачкает. СодержаниеСдо 97%.

Горючие сланцы – породы смешанного – обломочного и органогенного происхождения, образующиеся на дне бассейнов при одновременном осаждении органического вещества (до20-60%) и глинистых или известково-глинистых частиц.

4) Галоидные и сульфатные породы относятся к химическим образованиям, выпадающим в осадок из растворов в жарком сухом климате. Представителями данной группы является:

• каменная соль (состоит из галита и имеет соленый вкус);

• гипс (состоит из минерала гипса и легко царапается ногтем).

При описании данных породы указывают следующие признаки:

1. Цвет

2. Минеральный состав.

3. Структура:

а) кристаллическая:

• мелко < 2 мм;

• средне 2-5мм;

• крупно >5 мм;

• гиганто> 10мм;

б) скрытокристаллическая;

4.Текстура:

• слоистая;

• однородная;

• пятнистая;

• пористая;

• органогенная.

5. Название.

6. Происхождение.

Метаморфические породы являются результатом преобразования пород разного генезиса (осадочного и магматического), приводящего к изменению первичной структуры, текстуры и минерального состава всоответствии с новой физико-химической обстановкой. Главными факторами (агентами) метаморфизма являются эндогенное тепло, всестороннее давление, химическое воздействие газов и флюидов. Постепенность нарастания интенсивности факторов метаморфизма позволяет наблюдать все переходы от первично осадочных или магматических пород к образующимся по ним метаморфическим породам. Метаморфические породы обладают полнокристаллической структурой. Размеры кристаллических зерен, как правило, увеличиваются по мере роста температур метаморфизма. Наиболее типичны ориентированные текстуры.

К метаморфическим породам относятся следующие:

• сланцы. Образуются из глин и имеют сланцеватую текстуру;

• гнейсы внешне схожи с гранитами, но имеют гнейсовую (полосчатую) текстуру;

• мраморы образуются при метаморфизме карбонатных пород, имеют явно кристаллическую структуру и вскипает с НС1;

• кварциты – порода, состоящая из кварца. Если в состав входят железистые минералы (магнетит, гематит) – железистый кварцит (джеспилит), являющийся главной рудой на железо.

При определении метаморфических пород важно обратить внимание на её текстуру, которая показывает условия образования. Наличие в породе полосчатости (не слоистости!) свидетельствует о направленном давлении на породу. Порядок описания метаморфической породы:

1. Цвет.

2. Структура:

а) кристаллическая

• мелко < 2 мм;

• средне 2-5 мм;

• крупно 5-10 мм;

• гиганто> 10 мм.

3.Текстура:

• сланцеватая – параллельные расположение зерен минералов, при ударе порода распадается на параллельные пластинки;

• гнейсовая – чередованием полосок различного минерального состава. В случае чередования полос, состоящих из зерен светлых и цветных минералов текстура называетсяполосчатой.

• массивная;

• плоичатая – полоски минералов напоминающие волны (джеспилита).

Внешне эти текстуры напоминают слоистость осадочных пород, но их происхождение связано не с процессом накопления осадков, а с перекристаллизацией и переориентировкой минеральных зерен в условиях ориентированного давления.