Минералы и горные породы. Учебное пособие

1.3.Классификация минералов и их описание

снатрием. Главным различием состава пироксенов и амфиболов является обязательное вхождение в последние гидроксильной группы OH.

Вкристаллической структуре пироксенов и амфиболов анионные радикалы, соответственно [Si2O6]4– и [Si4O11]6–, соединяются между собой катионами. В зависимости от состава выделяют магнезиально-же- лезистые, кальциевые, натриевые и другие пироксены и амфиболы.

Морфологически кристаллы пироксенов и амфиболов подобны друг другу. Они вытянуты, как указывалось выше, вдоль цепочек и лент и имеют удлиненно-призматический облик. Однако для пироксенов характерны относительно короткие призматические кристаллы

спочти квадратным (восьмигранным) поперечным сечением, иногда вытянутые до игольчатых, шестоватых. Минералы группы амфиболов имеют более удлиненные призматические формы, часто волокнистые или игольчатые кристаллы с ромбовидным или шестигранным поперечным сечением.

Физические свойства пироксенов и амфиболов очень сходны. Цвет минералов обычно определяется содержанием в них железа и меняется от зеленого и зелено-черного до черного. Безжелезистые минералы бесцветные, белые или серые.

Блеск у амфиболов и пироксенов стеклянный, но у амфиболов он значительно сильнее.

Спайность у тех и других в двух направлениях (по призме), но у пироксенов под углом, близким к прямому (87° и 93°), а у амфиболов – 124° и 56°. Этим, в частности, обусловливается квадратная и ромбовидная форма поперечного сечения кристаллов пироксенов и амфиболов. У пироксенов спайность хуже и практически малозаметна. У амфиболов более совершенная спайность и проявлена хорошо.

Твердость у пироксенов и амфиболов – 5,5–6.

Пироксены и амфиболы являются важными породообразующими минералами многих магматических, а также метаморфических пород. Их доля в составе земной коры составляет соответственно 5,1 и 16,5 %

(Булах и др., 2008).

Пироксены слагают около 16,5 % объема земной коры (Булах и др., 2008). В группе пироксенов рассмотрим авгит и диопсид.

51

Глава 1. МИНЕРАЛЫ

Авгит ((Ca, Na)2(Mg, Fe)(Al, Fe)[(Al, Si)4O11]2(OH)2). Химический состав минерала сложный и непостоянный. Иногда содержит примеси марганца, титана, хрома и др.

Кристаллы короткопризматические, иногда игольчатые, агрегаты сплошные зернистые, иногда шестоватые, лучистые.

Цвет черный, темно-зеленый. Черта светло-зеленая. Блеск стеклянный. Спайность средняя по призме под углом около 90°. Излом

неровный, ступенчатый. Твердость – 5,5–6. Плотность – 3,3–3,6. Разновидности: 1) диаллаг – листоватый авгит; 2) базальтический

авгит – черного цвета из-за содержания примесей титана и марганца. Диагностика: по форме кристаллов, цвету и спайности под углом,

близком к прямому.

Происхождение: 1) магматическое – характерный минерал основных интрузивных и эффузивных пород; 2) контактово-метаморфиче-

ское, скарновое.

Диопсид (CaMg[Si2O6]). Встречается в виде сплошных зернистых масс и радиально-лучистых агрегатов. Кристаллы призматического облика, иногда крупные и хорошо образованные.

Цвет белый, зеленый. Черта белая, слегка зеленоватая. Блеск слабый стеклянный. Спайность совершенная по призме под углом около

90°. Излом неровный, ступенчатый. Твердость – 5,5–6. Плотность – 3,3. Разновидности: 1) байкалит – ярко-зеленый, иногда прозрачно-зе-

леный диопсид; 2) лавровит – зеленый от примесей ванадия; 3) голубой

диопсид; 4) хромдиопсид – изумрудно-зеленый, содержит до 3 % Cr2O3. Диагностика: по форме кристаллов, цвету и характерной спайности. Происхождение: 1) магматическое – типичный минерал основных

и ультраосновных пород; 2) контактово-метаморфическое, скарновое. Амфиболы слагают около 5 % объема земной коры (Булах и др.,

2008). В группе амфиболов рассмотрим актинолит и роговую обманку.

Актинолит (Ca2(Mg, Fe)5[Si4O11]2(OH)2). Кристаллы удлиненные, игольчатые. Характерны лучистые агрегаты.

Цвет зеленый разных оттенков. Черта зеленовато-белая. Блеск сильный стеклянный. Твердость – 5–6. Плотность – 3,3. Спайность совершенная в двух направлениях (по призме). Излом занозистый. Прочие свойства: углы между плоскостями спайности – около 120 и 60°,

52

1.3. Классификация минералов и их описание

что обусловливает ромбовидную или шестигранную форму попереч-

ного сечения кристаллов. Хрупок.

Разновидности: 1) актинолит-асбест – тонковолокнистые, мягкие агрегаты актинолита; 2) нефрит – плотные спутано-волокнистые мас-

сы, сложенные переплетающимися иголочками актинолита. Диагностика: легко узнается по игольчатым кристаллам и лучи-

стым агрегатам, цвету, блеску, спайности.

Происхождение: 1) метаморфическое, скарновое; 2) магматическое. Нефрит и другие спутанно-волокнистые агрегаты актинолита благодаря большой вязкости хорошо принимают обработку и являются

ценным поделочным камнем, любимым в Китае.

Роговая обманка ((Ca, Na)2(Mg, Fe)(Al, Fe)[(Al, Si)4O11]2(OH)2). Весьма распространенный минерал. Химический состав сложный и непостоянный. Характерно высокое содержание кальция, а также двух- и трехвалентного железа.

Кристаллы призматические, удлиненные. Агрегаты крупно- и мелкозернистые.

Цвет зеленый разных оттенков, до черного. Черта зеленовато-се- рая. Блеск стеклянный. Твердость – 5,5–6. Плотность – 3,0–3,5. Спайность совершенная, с характерными для амфиболов углами. Излом

ступенчатый, шероховатый.

Разновидности: 1) базальтическая роговая обманка бурого или черного цвета – роговая обманка в базальтах, характеризующаяся высоким содержанием железа (Fe2+ и Fe3+); 2) уралит – вторичная роговая обманка, образующаяся в результате преобразования пироксенов под

воздействием гидротермальных растворов.

Диагностика: узнается по форме кристаллов, цвету и спайности. Происхождение: 1) магматическое; 2) метаморфическое.

IV. Слоистые силикаты и алюмосиликаты. К этому подклассу относится большое количество минералов, многие из которых являются породообразующими – слюды, глинистые минералы, хлориты и др.

Основу структуры слоистых силикатов составляют плоские сетки тетраэдров, параллельные друг другу, образующие двухслойные (серпентин), трехслойные (тальк) или четырехслойные (хлориты) пакеты с радикалом [Si4O10]4– или [(Si,Al)4O10].

53

Глава 1. МИНЕРАЛЫ

В большинстве случаев слоистые минералы представляют собой силикаты и алюмосиликаты магния и алюминия. Кроме того, для всех минералов характерно присутствие гидроксильной группы и нередко воды, располагающейся между пакетами. Количество воды может изменяться в широких пределах, с чем связана способность некоторых силикатов разбухать в воде.

Из-за особенностей структуры и слабых связей между слоями лишь редкие минералы слоистых силикатов и алюмосиликатов встречаются в крупных и хорошо образованных кристаллах. Очень часто кристаллы минералов исключительно малы по размерам и образуют тонкодисперсные (скрытокристаллические) плотные и рыхлые агрегаты. Соответственно, характерная для этих минералов весьма совершенная спайность макроскопически не всегда устанавливается.

Многие минералы этого подкласса образуют самостоятельные группы или сами представляют собой группы схожих минералов с

разными названиями, которые здесь не приводятся.

Тальк (Mg3[Si4O10](OH)2). Образует листоватые, чешуйчатые или сплошные плотные массы. Отдельные кристаллы редки.

Цвет белый, светло-зеленый, светло-желтый. Черта белая. Блеск стеклянный, жирный, иногда перламутровый. Твердость эталонная – 1. Плотность – 2,7–2,8. Спайность весьма совершенная. Излом неровный, занозистый. Прочие свойства: жирный на ощупь; чешуйки талька гиб-

кие, но не упругие.

Разновидности: 1) жировик (стеатит) – плотный зернистый тальк;

2) тальковый (горшечный) камень – смесь талька с хлоритом и слюдой. Диагностика: легко узнается по цвету, низкой твердости и жир-

ности на ощупь.

Происхождение: 1) образуется в ультраосновных породах как продукт гидротермальной переработки (разрушения) оливина и пироксена; 2) метаморфическое – встречается в сланцах, мраморах.

Тальк используется как огнеупорное сырье и материал для футеровки доменных печей, как наполнитель в бумажной, текстильной, парфюмерной, кожевенной промышленности, как технические смазки, в медицине.

54

1.3. Классификация минералов и их описание

Серпентин (Mg6[Si4O10](OH)8). Образует плотные скрытокристаллические массы, часто с прожилками волокнистого асбеста. Кристаллы известны только у одной разновидности – антигорита.

Цвет желто-зеленый, темно-зеленый до черно-зеленого. Агрегаты часто имеют пятнистую или пеструю окраску. Черта белая. Блеск жирный или восковый, иногда стеклянный. Твердость – 3–3,5. Плотность – 2,5–2,7. Спайность весьма совершенная. Излом от ровного до раковистого и занозистого. Прочие свойства: часто наблюдаются бле-

стящие поверхности скола.

Разновидности: 1) офит (благородный серпентин) – плотный, просвечивающий по краям желто-зеленый серпентин с восковым блеском, используемый как поделочный камень; 2) антигорит – листоватый, чешуйчатый серпентин; 3) хризотил-асбест – тонковолокнистый светло-зеленый, иногда золотистый серпентин с шелковистым блеском; 4) ревдинскит и гарниерит – голубовато-зеленые скрытокристаллические смеси серпентина с другими слоистыми ми-

нералами.

Диагностика: узнается по разным оттенкам зеленого цвета, пятнистой окраске, жирному блеску, клееподобным массам, наличию про-

жилков асбеста, часто наблюдаемым зеркалам скольжения. Происхождение: образуется как и тальк в результате гидротер-

мальной переработки оливина и пироксенов, а также в коре выветривания ультраосновных пород.

Ипользуется для производства ценных жаро- и кислотоупорных

материалов, а также как поделочный камень.

Глинистые минералы – водные силикаты и алюмосиликаты, главным образом – алюминия и магния. Являются составными частями коры выветривания магматических и метаморфических пород, слагают основную часть ряда осадочных пород (глин, мергелей и др.), почв. На долю глинистых минералов приходится 3 % объема земной коры

(Булах и др., 2008).

Каолинит (Al2[Si2O5](OH)4). Образует тонкодисперсные порошковатые и более плотные землистые и глинистые массы. Кристаллы в виде тонких шестиугольных хорошо образованных табличек, исключительно малых размеров, как правило, меньше 1 мкм.

55

Глава 1. МИНЕРАЛЫ

Цвет белый, от примесей может быть разных оттенков (грязнобелый, желтоватый, голубой, красноватый и др.), в мелких чешуйках бесцветный. Черта белая. Блеск агрегатов матовый, тусклый, отдельных чешуек – перламутровый. Твердость – 1. Плотность – 2,6. Спайность весьма совершенная, но макроскопически не определяется. Излом землистый. Прочие свойства: на ощупь жирный, в сухом состоянии легко поглощает влагу (прилипает к языку), во влажном образует

пластичную массу.

Диагностика: определяется по светлой окраске, глиноподобному облику, мягкости, жирности на ощупь. Похож на плотный землистый

кальцит, но не реагирует с соляной кислотой.

Происхождение: образуется в поверхностных условиях при выветривании интрузивных и эффузивных магматических пород кислого состава. Входит в состав глин и мергелей. Породы, состоящие из каолинита, называют каолинами, или каолиновыми глинами.

Каолинит (каолиновые глины) используется как сырье в керамическом производстве, строительстве, как наполнитель в бумажной

промышленности, при производстве красок и др.

Монтмориллонит. Входит в группу смектитов и является ее наиболее распространенным представителем (Булах и др., 2008). В группу смектитов объединены слоистые водные силикаты и алюмосиликаты с разбухающей решеткой (из-за поглощения воды). Это сапонит –

Mg2[Si4O10](OH)2 ∙ nH2O, бейделлит – Al2[Si4O10](OH)2 ∙ nH2O, нонтронит – Fe2[Si4O10](OH) ∙ nH2O. Монтмориллонит имеет более сложный

состав и структуру. В межпакетном пространстве монтмориллонита размещаются молекулы конституционной H2O, а также примесные катионы (Na+, Li+, Ca2+, Mg2+ и др.) в количестве не более 0,33. Кроме того, часть Si4+ в тетраэдрах занята Al3+ в количестве не более 0,33 атома алюминия. В итоге формула монтмориллонита имеет вид

(Na0,33 ∙ nH2O)Mg3[Si3,67Al0,33O10](OH)2.

В реальных природных условиях минералы группы смектитов образуют между собой трудноразделяемые смеси, а также различные смешаннослойные образования с другими минералами, что создает трудности в изучении их состава, расчете формул и диагностике.

56

1.3. Классификация минералов и их описание

Монтмориллонит образует крайне тонкодисперсные землистые массы.

Цвет белый, розовый, серый. Черта светлоокрашенная, оттенок зависит от цвета минерала. Блеск стеклянный, матовый. Твердость – 1–2. Плотность – 1,7–2,5. Спайность совершенная, но макроскопически не определяется. Излом землистый. Прочие свойства: жирный на ощупь, поглощает влагу и сильно набухает, увеличиваясь в объеме до

20 раз. Во влажном состоянии мягкий, в сухом – хрупкий. Диагностика: цвет, низкая твердость, жирный на ощупь, сильно

набухает при увлажнении.

Происхождение: образуется в поверхностных условиях при выветривании (наземном и подводном) вулканических пеплов и туфов. Входит в состав и слагает основной объем так называемых бентонитовых глин.

Является ценным строительным материалом и сырьем для изготовления керамики, огнеупорных изделий, как адсорбент и др.

Слюды. К слюдам относится большая группа важных породообразующих минералов, объединяемых общностью ряда физических свойств. Внешне все слюды сходны. Они имеют листоватый облик и весьма совершенную спайность в одном направлении.

На долю слюд приходится около 3 % всех минералов земной коры (Булах и др., 2008). Они являются составной частью многих магматических и метаморфических горных пород. Наиболее распространены

биотит и мусковит.

Биотит (K(Mg, Fe)3[AlSi3O10](OH, Cl, F)2). Является самым распространенным минералом среди слюд. Образует плотные, листоватые и чешуйчатые агрегаты. Кристаллы бочонковидные, таблитчатые, листоватые, в сечении шестиугольные.

Цвет черный, бурый в зависимости от количества железа. Черта белая или коричневая. Блеск стеклянный, перламутровый на плоскостях спайности. Просвечивает по краю. Твердость – 2,5–3. Плотность – 2,7–3,1. Спайность весьма совершенная в одном направлении. Излом ступенчатый, ровный по спайности. Прочие свойства: отдельные ли-

сточки биотита упругие и гибкие.

Разновидности: лепидомелан – черный железистый биотит. Известны и другие разновидности биотита – мироксен, сидерофиллит, бауэрит.

57

Глава 1. МИНЕРАЛЫ

Диагностика: хорошо распознается по черному цвету, блеску, со-

вершенной спайности, пластинчатым и чешуйчатым агрегатам. Происхождение: 1) магматическое, пегматитовое, образуется вме-

сте с мусковитом как первичные минералы в гранитах и в слюдяных гранитных пегматитах; 2) метаморфическое, является главным мине-

ралом в гнейсах и слюдяных сланцах.

Мусковит (KAl2[AlSi3O10](OH)2). Образует листоватые, чешучатые агрегаты. Кристаллы таблитчатые, пластинчатые, бочонковидные, в сечении шестиугольные.

Цвет от бесцветного до серебристо-белого, желтоватого, светлокоричневого, иногда с красноватым оттенком. Прозрачный, полупрозрачный. Черта белая. Блеск стеклянный, перламутровый на плоскостях спайности. Твердость – 2–2,5. Плотность – 2,8–3,1. Спайность весьма совершенная в одном направлении. Излом ступенчатый, по спайности ровный. Прочие свойства: отдельные листочки мусковита

гибкие и упругие.

Разновидности: 1) серицит – мелкочешуйчатый светло-желтый мусковит с шелковистым блеском. Иногда образует плотные скрытокристаллические массы; 2) фуксит – мелкочешуйчатый ярко-зеленый му-

сковит; 3) жильбертит – чешуйчатые агрегаты бесцветного мусковита. Диагностика: хорошо распознается по цвету, блеску, совершенной

спайности, листоватым и чешуйчатым агрегатам.

Происхождение: 1) магматическое, пегматитовое, как и у биотита; 2) гидротермальное – образуется в результате высокотемпературных изменений полевых шпатов; 3) метаморфическое, как и биотит, является главным минералом в гнейсах и сланцах.

Используется как диэлектрик в радио- и электротехнической промышленности, приборостроении. Слюдяной порошок (скрап) приме-

няется для изготовления огнестойких и смазочных материалов. Гидрослюды. Представляют собой измененные слюды и являются

промежуточными образованиями между слюдами и минералами глин. Состав их сложный и непостоянный. Похожи на слюду, но отдельные

листочки не упругие.

Глауконит. Водный алюмосиликат калия, железа и алюминия (железистая гидрослюда). Образует землистые, тонкочешуйчатые массы.

58

1.3. Классификация минералов и их описание

Кристаллы редки, обычен в виде зерен неправильной формы и мельчайших округлых агрегатов в глинистых, песчанистых и карбонатных породах. Слагает цемент в песчаниках, часто образует глауконитовые пески. Содержит 4,0–9,5 K2O.

Цвет зеленый разных оттенков. Черта зеленая. Блеск матовый. Твердость – 2–3, хрупкий. Плотность – 2,2–2,8. Спайность весьма совершенная, но макроскопически не определяется. Излом землистый,

зернистый.

Диагностика: форма нахождения, зеленый цвет, невысокая твер-

дость, ассоциация с осадочными породами.

Происхождение: осадочное – образуется в прибрежной зоне морей и океанов.

Используется как калийное удобрение, применяется для изготовления зеленой минеральной краски, а также для очистки воды.

Иллит. Алюмосиликат переменного состава. Образует чрезвычайно тонкодисперсные землистые массы и является самым распространенным минералом глин.

Цвет желтый, зеленый, зеленовато-серый. Черта желтоватая или зеленовато-серая. Блеск матовый. Твердость – 1–2. Плотность – 2. Спайность совершенная. Излом землистый. Прочие свойства: размокает в воде (за счет адсорбции мельчайшими чешуйками молекул

воды), но не увеличивается в объеме.

Диагностика: цвет, небольшая твердость, при увлажнении не уве-

личивается в объеме как монтмориллонит.

Происхождение: образуется при выветривании магматических и метаморфических пород.

Хлориты. К хлоритам относится большая и сложная по составу группа слюдоподобных минералов. Они широко распространены в природе и часто являются главными породообразующими минералами метаморфических пород.

Хлориты – алюмосиликаты магния, железа и алюминия, иногда содержат примеси хрома, никеля, марганца и др. В соответствии с составом и структурными особенностями выделяются магнезиальные и железистые хлориты, различимые только специальными методами.

59

Глава 1. МИНЕРАЛЫ

Обычно образуют листоватые и чешуйчатые агрегаты, скрытокристаллические и землистые массы, реже отдельные кристаллы таблитчатой и пластинчатой формы.

Цвет зеленый разных оттенков. Черта белая до слегка зеленоватой. Блеск стеклянный, шелковистый. Твердость – 2–2,5. Плотность – 2,6– 2,9. Спайность весьма совершенная в одном направлении. Излом ступенчатый, занозистый. Прочие свойства: отдельные листочки гибкие,

но в отличие от слюд не упругие.

Разновидности: 1) кочубеит и киммерит – хромсодержащие разновидности магнезиальных хлоритов ярко розового и фиолетового цвета; 2) шамозит и тюрингит – железистые разновидности зеленова- то-серого и бурого цвета. Известны также цинковые, литиевые, нике-

левые, марганцевые хлориты (Булах и др., 2008).

Диагностика: узнается по слюдоподобному облику, зеленому цвету,

весьма совершенной спайности и отсутствию упругости у листочков. Происхождение: 1) метаморфическое, входит в состав сланцев и

некоторых осадочных пород; 2) гидротермальное, развивается по оливину, пироксенам, амфиболам, слюдам; 3) осадочное.

Некоторые из железистых хлоритов используются как железные руды.

Следует отметить, что описанные выше минералы гидрослюд входят в состав и слагают глины. В связи с этим их иногда так и называ-

ют – глинистые минералы.

V. Каркасные алюмосиликаты. В этот подкласс входят наиболее важные и широко распространенные породообразующие минералы. Особое место среди них занимают минералы группы полевых шпатов – их доля в составе земной коры превышает 40 % (Булах и др., 2008). Полевые шпаты являются главными породообразующими минералами большинства магматических, многих метаморфических и некоторых осадочных пород. В этот же подкласс входят минералы группы фельд-

шпатоидов, а также цеолитов, которые здесь не рассматриваются. Полевые шпаты представляют собой алюмосиликаты калия, на-

трия и кальция и образуют изоморфные смеси этих компонентов: K[AlSi3O8] – Na[AlSi3O8] – Ca[Al2Si2O8]. По составу полевые шпаты разделяются на две подгруппы: калий-натриевые и натрий-кальциевые

60