Важнейшие породообразующие минералы. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Инженерная геология»

МИНИСТЕРСТВО 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

2

МИНИСТЕРСТВО 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

3

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. -19 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

4

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.

В процессе 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

5

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

(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.

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".

6

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.

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

ирасстояния между ними.

Взависимости от того, насколько отчетливо проявляется это свойство,

различают следующие степени совершенства спайности:

7

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).

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

8

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.

9

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,

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.

10