Минералы и горные породы. Учебное пособие

1.3. Классификация минералов и их описание

полевые шпаты, или плагиоклазы. В калий-натриевых полевых шпатах всегда проявлено изоморфное замещение калия натрием, поэтому их полная формула – (K, Na)[AlSi3O8]. В связи с доминированием калия в изоморфной смеси их обычно называют калиевыми полевыми шпатами, или просто КПШ (Практическое руководство.., 2011).

Свойства всех полевых шпатов очень сходны. Они образуют кристаллы призматического или табличного облика, часто более или менее изометричны. Слагают кристаллические агрегаты различной зернистости.

Собственный цвет минералов белый или светло-серый. Однако полевые шпаты часто приобретают цветную окраску, связанную с проявлением так называемых красящих центров – дефектов в структуре минералов, а также с включениями в них цветных минералов-приме- сей. Этим, в частности, определяются наиболее характерные цветовые окраски полевых шпатов: розово-желтая и мясо-красная (от включений гематита), зеленовато-серая и серо-черная (от включений других цветных минералов). В полевых шпатах хорошо проявлена спайность: она проходит по двум направлениям, пересекающимся под углом, близким к 90°. Блеск стеклянный, на плоскостях спайности перламутровый, в изломе жирный, матовый. Минералы имеют довольно высо-

кую твердость – 5–6,5, и, соответственно, получение черты затруднено. Калиевые полевые шпаты. К подгруппе калиевых шпатов отно-

сятся минералы ортоклаз и микроклин, имеющие один и тот же химический состав – K[AlSi3O8], но различающиеся внутренним строением. По внешним признакам ортоклаз неотличим от микроклина. В связи с этим они макроскопически определяются как калиевый полевой шпат, или просто КПШ. Исключение составляет редкая разновидность ми-

кроклина изумрудно-зеленого цвета, называемой амазонитом. Ортоклаз (K[AlSi3O8]). Кристаллы таблитчатого и призматическо-

го облика, хорошо выраженные, часто образуют двойники. Слагают плотные кристаллические массы, встречаются в виде кристаллических вкрапленников в магматических и метаморфических породах.

Цвет белый, светло-серый, желтовато-розовый до мясо-красного. Блеск стеклянный, перламутровый. Просвечивает по краю. Твердость эталонная – 6. Плотность – 2,5–2,6. Спайность совершенная в двух на-

61

Глава 1. МИНЕРАЛЫ

правлениях. Излом неровный или ступенчатый по спайности. Прочие свойства: образует сколы по спайности, идущие под прямым углом. С этим свойством связано название минерала – прямораскалываю-

щийся (от греч. ὀρθός – прямой + κλάσις – трещина).

Разновидности: 1) санидин – бесцветный, серый стекловидный ортоклаз; 2) адуляр – водяно-прозрачный ортоклаз клиновидной формы (адуляр нежно-голубого цвета с мерцающим блеском и перламутровыми переливами называется лунным камнем, красноватый адуляр

с золотистым отливом называется солнечным камнем).

Диагностика: распознается по цвету, блеску, спайности и эталон-

ной твердости.

Микроклин (K[AlSi3O8]). В переводе с греческого – «незначительно отклоненный» (от греч. μικρός – маленький + κλίνω – наклоняю), так как в отличие от ортоклаза угол между плоскостями спайности на 20’ меньше прямого (визуально не определяется). По свойствам и диа-

гностическим признакам аналогичен ортоклазу.

Происхождение: 1) магматическое – главные породообразующие минералы кислых и щелочных горных пород и их пегматитов (в гранитных пегматитах кристаллы ортоклаза и микроклина иногда достигают гигантских размеров); 2) гидротермальное; 3) метаморфическое – входят в состав гнейсов и кристаллических сланцев.

Калиевые полевые шпаты являются сырьем для керамической промышленности. Ценные разновидности ортоклаза и микроклина

используют как поделочный материал.

Плагиоклазы являются наиболее распространенными из полевых шпатов. Представлены рядом минералов с двумя крайними членами: альбитом (Na[AlSi3O8]) и анортитом (Ca[Al2Si2O8]). Все промежуточные члены ряда – олигоклаз, андезин, лабрадор и битовнит – представляют собой смесь альбита и анортита в различных соотношениях. Состав плагиоклазов традиционно обозначают номером от 0 до 100, отражающим процентное содержание анортита в смеси, и разделяют по содержанию в них SiO2. В соответствии с этим плагиоклазы условно подразделяются на кислые (альбит № 0–10 и олигоклаз № 11–30), средние (андезин № 31–50 и лабрадор № 51–70) и основные (битовнит № 71–90 и анортит № 91–100). Наиболее распространены кислые плагиоклазы.

62

1.3.Классификация минералов и их описание

Вцелом плагиоклазы являются главными породообразующими минералами кислых, средних, основных и щелочных магматических пород.

Кристаллы таблитчатой или призматической формы, часто образуют двойники. Слагают кристаллические агрегаты разной зернистости.

Цвет белый, серый с различными оттенками. Черта отсутствует. Блеск стеклянный. Твердость – 6–6,5. Плотность – 2,6. Спайность совершенная в двух направлениях. Излом ступенчатый, неровный. Прочие свойства: угол между плоскостями спайности отличается от прямого на 3,5–4°. С этим связано название минерала (от греч. πλάγιος – косой + κλάσις – разлом, т. е. косораскалывающийся). Для олигоклаза и лабрадора характерны радужные переливы разных цветов на пло-

скостях спайности.

Диагностика: по спайности, блеску, твердости. По внешним признакам все плагиоклазы сходны друг с другом и макроскопически не различаются. Исключение составляет лишь лабрадор – темно-серого, до черного цвета с очень характерными синими или сине-зелеными

переливами (иризацией) на плоскостях спайности.

Происхождение: 1) магматическое – главные породообразующие минералы кислых, средних, основных и щелочных горных пород и их пегматитов; 2) гидротермальное; 3) метаморфическое – в гнейсах и кристаллических сланцах; 3) осадочное – в песчаниках.

Лабрадориты – порода, целиком состоящая из лабрадора, исполь-

зуется как облицовочный камень.

Фельдшпатоиды. Минералы каркасных алюмосиликатов, близкие по составу к полевым шпатам, но отличающиеся от них пониженным содержанием кремнезема и повышенным содержанием щелочей. Наиболее характерным представителем фельдшпатоидов является нефелин.

Нефелин (Na3K[AlSiO4]4). Является главным породообразующим минералом магматических щелочных пород. Встречается обычно в виде мелких призматических кристаллов и бесформенных зерен. Образует вкрапленники в породах, а также плотные сплошные мелкозернистые массы.

Цвет серый, зеленый, мясо-красный. Блеск жирный, стеклянный. Твердость – 5,5–6. Плотность – 2,6. Спайность отсутствует. Излом неровный.

63

Глава 1. МИНЕРАЛЫ

Разновидности: элеолит – нефелин в виде сплошных сливных масс

с жирным блеском.

Диагностика: жирный блеск в сплошных массах, отсутствие спайности, твердость, не встречается с кварцем. Характерный признак – наличие серой корки на поверхности нефелина, образующейся при его

выветривании.

Происхождение: магматическое – входит в состав нефелиновых сиенитов и их пегматитов.

Используется как руда на алюминий, а также для изготовления соды, цемента.

Контрольные вопросы к параграфу 1.3

1.Какие признаки лежат в основе современной классификации минералов?

2.Перечислите основные химические элементы, встречающиеся в природе в самородном состоянии в виде минералов. Каковы их распространенность и практическое значение?

3.Каковы характерные особенности и свойства минералов класса самородных элементов?

4.Какой вид имеют агрегаты самородных металлов и неметаллов?

5.Каково происхождение промышленных месторождений самородных элементов?

6.В чем состоят отличия графита и алмаза?

7.Какие минералы относятся к сульфидам?

8.Каковы распространенность и практическое значение сульфидов?

9.Каковы характерные свойства и формы выделения сульфидов?

10.По каким признакам определяются пирит и халькопирит?

11.Какой минерал содержит ртуть и как он диагностируется?

12.Какие минералы относятся к галогенидам?

13.Каковы особые свойства минералов класса галогенидов?

14.По каким признакам различаются галит и сильвин?

15.Каковы происхождение и практическое значение галогенидов?

16.Какие минералы относятся к классу оксидов и гидроксидов?

17.Какие минералы входят в группу кварца?

18.Охарактеризуйте кварц.

64

Контрольные вопросы к параграфу 1.3

19.Что такое горный хрусталь, аметист, морион?

20.Что называют халцедоном и чем он отличается от кварца?

21.Каковы характерные признаки гематита?

22.Какие отличительные свойства имеет магнетит?

23.Что такое лимонит?

24.Какие разновидности известны у корунда?

25.Каковы происхождение и практическое значение минералов класса оксидов и гидроксидов?

26.Какие минералы относятся к классу карбонатов?

27.Какие физические свойства характерны для карбонатов?

28.Как реагируют с соляной кислотой кальцит, магнезит, сидерит?

29.Какие признаки характерны для малахита?

30.Что такое исландский шпат?

31.Каковы происхождение и практическое значение карбонатов?

32.Какие физические свойства характерны для сульфатов?

33.По каким признакам определяется гипс?

34.Какие отличительные свойства имеет барит?

35.Что такое апатит? Каково практическое значение апатита?

36.Какие наиболее распространенные породообразующие минералы входят в состав силикатов и алюмосиликатов?

37.Что является основой строения силикатов и какие признаки положены в основу их классификации?

38.Каковы главные типы структур силикатов и алюмосиликатов?

39.Какие свойства характерны для островных силикатов?

40.По каким признакам различаются оливин и эпидот?

41.Каковы характерные признаки турмалина?

42.В чем проявляется сходство и различие пироксенов и амфиболов?

43.Какой минерал слоистых силикатов входит в шкалу твердости?

44.Какие агрегаты образуют глинистые минералы и в чем проявляются их особые свойства?

45.Какие формы выделения и физические свойства характерны для слюд?

46.Каковы происхождение и практическое значение глауконита?

47.Что такое полевые шпаты и чем определяется их значение в составе земной коры и горных пород?

65

Глава 1. МИНЕРАЛЫ

48.Какие свойства и диагностические признаки характерны для калиевых полевых шпатов?

49.Какие минералы входят в группу натрий-кальциевых полевых шпатов, или плагиоклазов?

50.Какой минерал из плагиоклазов безошибочно диагностируется по цвету?

51.По каким признакам определяется нефелин?

66

Глава 2. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

2.1. Общие сведения о горных породах

Горные породы представляют собой естественные агрегаты минералов определенного состава и строения, образующиеся в недрах Земли или на ее поверхности в ходе различных геологических процессов.

По условиям образования, или генетическому признаку, горные породы подразделяются на три группы:

–магматические, или изверженные породы, связанные с застыванием в различных условиях жидкого силикатного расплава – магмы и лавы;

–осадочные, образующиеся на поверхности Земли в результате экзогенных процессов;

–метаморфические, возникающие в результате преобразования

магматических и осадочных пород в глубинных условиях. Распространенность горных пород неодинакова. Магматические

и метаморфические породы слагают 95 % земной коры, и только 5 % составляют осадочные породы. В то же время последние покрывают тонким чехлом 75 % земной поверхности, и только 25 % занято магматическими и метаморфическими породами.

Изучение горных пород имеет важное научное и практическое значение в ряде аспектов:

1.В геолого-экономическом отношении горные породы вмещают разнообразные месторождения полезных ископаемых либо сами являются полезными ископаемыми.

2.В инженерно-геологическом отношении свойства горных пород, являющихся естественным основанием для возведения различных сооружений, во многом определяют устойчивое и безопасное функционирование последних.

67

Глава 2. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

3. В геоэкологическом отношении горные породы образуют материнскую основу почв и оказывают существенное влияние на их плодородие.

Изучением горных пород, главным образом магматических и метаморфических, занимается петрография (от. греч. πέτρος «камень» + γράφω – пишу, описываю), осадочных – литология (от. греч. λίθος –

камень + λόγος – учение).

Контрольные вопросы к параграфу 2.1

1.Что такое горные породы?

2.Как разделяют горные породы по происхождению?

2.2. Методы определения горных пород

Существуют точные петрографические и литологические методы определения город пород.

Визуальное, или макроскопическое, определение горных пород ос-

новано на изучении их отличительных внешних признаков, наиболее важными из которых являются минеральный состав и строение пород. В полевых условиях большое значение имеет также изучение форм залега-

ния горных пород. Эти характеристики в совокупности отражают условия образования горных пород и играют решающую роль в их диагностике.

Минеральный состав каждой типичной горной породы более или

менее одинаков. Основную массу горных пород слагают минералы, которые называются главными породообразующими минералами. Если

горные породы состоят из одного главного минерала, их называют мономинеральными (от греч. μόνος – один, единый), а если из нескольких – полиминеральными (от греч. πολύς – многочисленный).

Строение горных пород характеризуется структурой и текстурой. Структура определяется прежде всего состоянием минерально-

го вещества, слагающего породу, – кристаллическим, аморфным или

обломочным (Короновский, Якушова, 1991). Соответственно, различают кристаллическую, аморфную, или стекловатую, и обломочную

структуры. Кристаллическая, или полнокристаллическая, структура характерна для пород, целиком состоящих из ясно различимых зерен

68

2.2. Методы определения горных пород

кристаллов, аморфная – для пород, состоящих из нераскристаллизованной стекловатой массы, лишенной кристаллических зерен, обломочная – для пород, состоящих из обломков пород или минералов.

При определении структуры учитываются также размеры, форма кристаллических зерен или обломков, слагающих данную породу, и их взаимоотношения друг с другом. Так, например, среди кристаллических структур по абсолютным размерам зерен выделяют: крупнозернистые (средний размер зерен более 5 мм), среднезернистые (1–5 мм) и мелкозернистые (0,5–1 мм) структуры. Если порода состоит из очень мелких, не различимых визуально кристаллических зерен, структура определяется как скрытокристаллическая, или афанитовая.

По относительным размерам зерен различают равномернозернистые и неравномернозернистые структуры. Равномернозернистые структуры характеризуются более или менее одинаковым размером зерен минералов. Среди неравномернозернистых структур выделяют порфировую и порфировидную структуры. Порфировая структура характеризуется присутствием крупных кристаллических зерен (порфировых вкрапленников) в стекловатой или скрытокристаллической массе породы, порфировидная – наличием крупных порфировых вкра-

пленников в кристаллической, но более мелкозернистой массе породы. Текстура – сложение породы, обусловленное характером распре-

деления слагающих ее минеральных агрегатов (кристаллических зерен, обломков и др.). Выделяют текстуры: плотную, пористую, слоистую, сланцеватую и др.

Ниже, при описании горных пород, будут более подробно рассмотрены характерные для них структуры и текстуры.

Контрольные вопросы к параграфу 2.2

1.По каким диагностическим признакам проводится макроскопическое определение горных пород?

2.Как называются минералы, слагающие основную массу горных пород?

3.Какой фактор определяет выделение основных типов структур горных пород?

4.Что такое порфировые и порфировидные структуры?

5.Какие известны типы текстур горных пород?

69

Глава 2. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

2.3. Описание наиболее распространенных горных пород

2.3.1. Магматические горные породы

Магматические горные породы связаны с процессами магматической деятельности и образуются при остывании и кристаллизации жидкого расплава – магмы.

Существует большое разнообразие магматических пород. Это обусловлено, во-первых, различием химического состава исходных первичных магм (кислый, основный и, вероятно, ультраосновный состав), во-вторых, процессами эволюции магмы (магматическая и кристаллизационная дифференциация, ассимиляция и гибридизация); в-третьих, различными условиями кристаллизации магмы (на глубине в пределах земной коры или излившейся на ее поверхность). Эти факторы определяют вещественный состав, строение и условия залегания магматических горных пород.

Вещественный состав магматических пород характеризуется их химическим и минеральным составом, которые находятся в опреде-

ленной зависимости друг от друга.

Химический состав магматических пород. Основными химическими элементами, из которых состоят магматические породы, являются: O, Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, K, H. Они носят название петрогенных элементов. Химический состав обычно представляется в виде процентного содержания главных породообразующих оксидов: SiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MgO, CaO, Na2O, K2O, H2O, сумма которых составляет более 98 % массы всех магматических пород. Ведущее место среди этих оксидов занимают SiO2 и Al2O3, на долю которых приходится соответственно более 60 и около 15 % (Белоусова, Михина, 2016).

Химическая классификация магматических пород основана прежде всего на содержании в их составе кремнезема (SiO2). В соответствии с этим признаком породы условно делятся на четыре группы кислотности: ультраосновные – менее 45 % кремнезема; основные – 45–52 %; средние – 52–65 %; кислые – более 65 % (табл. 1). Еще одним классификационным признаком магматических пород является соотношение кремнезема и суммы щелочей (Na2O + K2O). По этому при-

70