Важнейшие породообразующие минералы (90
..pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра строительного производства
ВАЖНЕЙШИЕ ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ МИНЕРАЛЫ
Методические указания к лабораторным работам по курсу «ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ»
Составители: В.В. Михайлов, Г.А. Береговая
Липецк Липецкий государственный технический университет
2012
986
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра строительного производства
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
по курсу «ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ» ВАЖНЕЙШИЕ ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ МИНЕРАЛЫ
Методические указания к лабораторным работам
Составители: В.В. Михайлов, Г.А. Береговая
Липецк Липецкий государственный технический университет
2012
УДК 55(07)
М 69
Рецензент: доцент, кандидат технических наук. Шулепов С.К.
Михайлов В.В.
М69 Важнейшие породообразующие минералы» Методические указания к лабораторным работам по курсу «Инженерная геология» / сост. В.В.
Михайлов, Г.А.Береговая – Липецк:
Изд-во ЛГТУ: 2012. -18 с.
В методических указаниях приводится описание и характерные признаки породообразующих материалов, условия происхождения и области применения.
Предназначены для студентов 2, 3, 4 курса инженерно-строительного факультета, специальности. 2701.
Табл.3. Библиогр.: 6 назв.
© ФГБОУ ВПО «Липецкий Государственный технический Университет, 2012
ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ И ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Настоящие методические указания к лабораторным работам по курсу
«Инженерная геология» составлены с целью оказания помощи студентам в их самостоятельной работе в лаборатории при изучении важнейших породообразующих минералов.
Минералогический состав определяет важнейшие инженерно-геологические
(строительные) свойства горных пород, их несущую способность в качестве оснований инженерных сооружений. Определить причины формирования тех или иных свойств горных пород без изучения слагающих их элементов - минералов невозможно, поэтому студентам необходимо приобрести практические навыки самостоятельного определения минералов по внешним признакам, научиться различать минералы в горных породах, понимать зависимость свойств горных пород от их минерального состава и условий формирования.
Изучив главные породообразующие минералы, студент может прогнозировать проявление их свойств в горных породах, овладеет визуальным методом определения минералов по внешним диагностическим признакам. Глубокое усвоение этих признаков на примере наиболее характерных из главных породообразующих минералов позволит студентам при необходимости определять структуру и свойства других минералов.
Выполнение лабораторных работ по теме «породообразующие минералы» также даст возможность лучше изучить различные классификации минералов, их генезис, химический состав, структуру, особенности наиболее характерных свойств,
в том числе представляющих особый интерес для инженера-строителя. К таким особенностям относятся устойчивость к выветриванию, растворимость в воде,
прочность.
3
Впроцессе выполнения лабораторных работ после внимательного рассмотрения коллекций образцов минералов, нахождения диагностических признаков и определения минералов студенты производят записи в лабораторном журнале, фиксируя в нем наиболее характерные свойства минералов, сведения о которых можно получить из учебников, конспектов лекций, настоящих методических указаний и объяснений преподавателя.
1.Методика визуального определения породообразующих минералов
Воснову визуального метода определения породообразующих минералов положен принцип учёта совокупности внешних признаков минерала и некоторых свойств, являющихся их диагностическими показателями. К диагностическим показателям относятся следующие особенности минералов: морфологические,
механические, оптические, химические и др.
Морфологические признаки минералов включают облик кристалла (форму) и
характер срастания (форму нахождения минералов в природе).
Все кристаллические минералы отличаются заметно выраженной формой -
определенными очертаниями, отображающими внутреннее строение минерала и условия его образования. По форме все минералы можно разделить на изомометрической формы (пирит, галит), вытянутые в одном направлении,
(призматические, игольчатые – кварц, асбест) и вытянутые в двух направлениях
(плоские, чешуйчатые, листовые – слюды, графит). Реже встречаются кристаллы с четко выраженными геометрическими формами в виде различных многогранников:
куба, призм, пирамид, тетраэдров, гексаэдров и др. Например, у галита кристаллы имеют форму гексаэдра (куба), у кальцита – ромбоэдра.
В природе минералы могут встречаться в виде одиночных кристаллов, и
сростков (друзы, щетки), а также минеральных агрегатов.
4
Одинаковые кристаллы представляют собой четко выраженный гео-
метрический многогранник, который формируется в условиях медленной кристаллизации и свободного роста в пространстве. Наиболее распространены одиночные кристаллы горного хрусталя, гипса и некоторых минералов.
Двойник - два кристалла, сросшиеся в определенном направлении.
Характерным примером является двойник гипса - "ласточкин хвост".
В зависимости от условий образования и химического состава минералы нередко образуют весьма характерные по виду естественные скопления зерен или кристаллов, называемые минеральными агрегатами.
Отметим наиболее типичные из них:
Дендриты - получаются при быстрой кристаллизации минералов, когда отдельные кристаллы нарастают друг на друге, образуя фигуры, напоминающие ветви дерева (самородная медь, серебро, лед на стенке и др.).
Друзы - сростки кристаллов, прикрепленных одним концом к общему основанию, благодаря чему у них огранены только свободные концы (горный хрусталь и многие др.). Друзы, в которых все кристаллы растут в одном направлении, называются щеткой.
Конкреции - округлые (шаровидные, сплюснутые, яйцеобразные) и другой формы минеральные скопления, образующиеся в пористых осадочных породах, где происходит стяжение минерального вещества к отдельным точкам - центрам.
Кристаллы нарастают при этом в виде радиально расположенных лучей, а концы их образуют сферические очертания конкреции. Наиболее часто в виде конкреций встречаются фосфорит, пирит, кремень.
5
2.Свойства минералов
2.1Механические свойства
Спайность - способность минерала раскалываться при ударе в определенном направлении с образованием четко выраженных гладких блестящих плоскостей -
плоскостей спайности. Спайность свойственна исключительно кристаллическим веществам и всегда направлена параллельно одной из возможных или действительно наблюдаемых граней кристалла. Это свойство минералов обусловлено их внутренней кристаллохимической структурой и отражает силу сцепления между ионами в кристаллической решетке, зависящую от характера связи и расстояния между ними.
В зависимости от того, насколько отчетливо проявляется это свойство,
различают следующие степени совершенства спайности:
Весьма совершенная спайность - минерал легко расщепляется в одном направлении, легко делится на листочки и тонкие пластинки и образует четкие равные зеркально-блестящие плоскости (гипс, мусковит, биотит);
Совершенная спайность - минерал при любом ударе раскалывается с образованием трех разнонаправленных плоскостей спайности; обломки, как правило, напоминают кристалл. Поверхность излома появляется очень редко
(кальцит, галит);
Средняя спайность - минерал при раскалывании образует плоскости спайности в двух направлениях и, кроме этого, поверхности излома (полевые шпаты, роговая обманка);
Несовершенная спайность - плоскости спайности обнаруживаются с трудом,
преобладают поверхности излома (сера, апатит);
Весьма несовершенная спайность - минерал раскалывается с образованием только поверхности излома (кварц, корунд, пирит).
6
Излом - способность минерала раскалываться в направлении, не совпадающем с плоскостями спайности. В отличие от спайности излом не имеет правильных ориентированных блестящих поверхностей.
Для определения минералов важно различать следующие виды излома:
неровный (кварц), раковистый – похожий на внутреннюю поверхность раковины
(кремень, обсидиан, опал), ступенчатый (ортоклаз), занозистый (асбест, роговая обманка), крючковатый – поверхность излома покрыта мелкими крючочками (медь,
серебро), землистый – поверхность матовая и как бы покрыта пылью (каолинит).
Таблица 1
Классификация наиболее распространенных минералов по химическому составу
Класс |
Группа |
Подгруппа |
Вид |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
|
Полевые шпаты |
Ортоклаз, плагиоклаз |
|
|
Алюмосиликаты |
Фельдшпатоиды |
Нефелин, лейцит |
|
|
|
Слюды |
Мусковит, биотит |
|
|
|
Пироксены |
Авгит |
|
|
Метасиликаты |
Амфиболы |
Роговая обманка, |
|
|
|
антинолит |
||
|
|
|
||
Силикаты |
Ортосиликаты |
- |
Оливин |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тальк, асбест, хлорит, |
|
|
|
|
родонит, хризолит, |
|
|
Вторичные |
Глинистые |
каолинит, |
|
|
силикаты |
минералы |
монтмориллонит, |
|
|
|
|
гидрослюды, (иллит, |
|
|
|
|
глауконит) |
|
Карбонаты |
- |
- |
Кальцит, доломит, |
|
магнезит |
||||
|
|
|
||
Оксиды |
- |
- |
Вода, кварц, кремень, |
|
гематит, халцедон, корунд |
||||
|
|
|
||
Гидрооксиды |
- |
- |
Лимонит, опал |
|
Сульфаты |
- |
- |
Ангидрит, гипс, мирабилит |
|
Сульфиды |
- |
- |
Пирит, марказит, |
|
халькопирит, киноварь |
||||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Галоиды |
- |
- |
Галит, сильвин, флюорит |
|
Фосфаты |
- |
- |
Апатит, фосфорит |
7
|
|
|
Окончание таблицы 1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
|
|
Вольфрамит, шеелит, |
|
|
- |
- |
ферберит |
|
|
|
|
|
|
Самородные |
- |
- |
Графит, сера, серебро, |
|
элементы |
медь |
|||
|
|
Твердость - способность минерала оказывать сопротивление внешнему механическому воздействию. Различают твердость относительную - при царапании минерала предметами (или минералами) определенной твердости, и абсолютную -
истирание в порошок за единицу времени. Абсолютная твердость определяется количественно точно путем вдавливания в поверхность минерала чрезвычайно твердого металлического шарика на специальном приборе – склерометре.
Это свойство обусловлено внутренним строением кристаллической решеткой минерала.
В табл. 2 приведен перечень эталонных минералов относительной твердости по шкале Мооса. Используя шкалу Мооса, можно сравнивать минералы по твердости, царапая друг о друга кусочки минералов - испытуемого и выбранного в качестве эталона.
Царапина - это углубление (борозда) на поверхности минерала, но отнюдь не след в виде штриха.
Из двух минералов тверже тот, который царапает другой, но при этом не царапается сам. Если, например, минерал царапает все эталоны, начиная с флюорита (его активная твердость равна 4), и сам царапается всеми эталонами,
начиная с апатита (пассивная твердость 5), то ему приписывается твердость 4,5 или от 4 до 5 - оба утверждения равнозначны друг другу.
В полевых условиях для определения относительной твердости можно использовать различные легкодоступные предметы с известной твердостью,
например твердость мягкого карандаша 1, ногтя – 2,5…2, медной монеты -3,
8
железного гвоздя -4,5…5, оконного стекла – 5, стального ножа – 5,5…6, напильника – до 7.
Испытание на твердость производят на свежих гранях, изломах и поверхностях спайности, так как выветривание, микротрещиноватость, посторонние налеты искажают результаты. Получив след от эталона необходимо убедиться, что это действительно царапина, а не оставленная эталоном черта. Для этого пробуют стереть след пальцем и рассматривают его в лупу. Мелкозернистые и волокнистые агрегаты при испытаниях показывают заниженную твердость, так как оставшийся от царапания след вызывается деформацией и выкрошиванием мелких кристаллов.
Точная (абсолютная) твердость минералов определяется на специальном приборе - микротвердометре (склерометре). Она существенно отличается от значений по шкале Мооса, так как твердость алмаза в несколько тысяч раз больше твердости талька.
|
|
Шкала твердости минералов |
Таблица 2 |
||
|
|
|
|
||
Относительная шкала |
Истинная твердость по |
Качественная шкала твердости |
|||
|
|
(определение относительной |
|||
Эталонные |
|
отношению к |
|||
Твердость |
|
твердости минералов |
|||
минералы |
корунду,(%) |
|
|||
|
подручными средствами) |
||||
|
|
|
|||
Тальк |
1 |
0,003 |
|
|
|
|
|
|
Мягкие – чертятся ногтем |
||
Гипс |
2 |
0,014 |
|||
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Кальцит |
3 |
0,026 |
Средние – чертятся медной |
||
|
|
|
|||
Флюорит |
4 |
0,075 |
монетой, гвоздем, иглой, |
||
|
|
|
стальным ножом |
||
Апатит |
5 |
0,123 |
|||
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Ортоклаз |
6 |
2,5 |
|
|
|
|
|
|
Твердые – царапают стекло |
||
Кварц |
7 |
15 |
|||
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Топаз |
8 |
45 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Корунд |
9 |
100 |
Очень твердые – режут стекло |
||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Алмаз |
10 |
15000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
9