Породообразующие минералы и горные породы. Учебно-методическое пособие

Министерство образования и науки Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Л. В. КИСЛИЦЫН, М. Б. ЗАВОДЧИКОВА

ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ МИНЕРАЛЫ И ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Учебно-методическое пособие

Санкт-Петербург

2017

УДК 624.131.1

Рецензент: канд. техн. наук, доцент А. М. Симановский (СПбГАСУ)

Кислицын, Л. В.

Породообразующие минералы и горные породы : учеб.-метод. пособие / Л. В. Кислицын, М. Б. Заводчикова; СПбГАСУ. – СПб., 2017. – 51 с.

Представлена методика выполнения лабораторных работ по визуальному определению породообразующих минералов магматических, осадочных и метаморфических горных пород в рамках курса «Геология». Сформулированы задания и контрольные вопросы, указаны формы отчетности.

Предназначено для студентов направления подготовки 08.03.01 «Строительство» всех форм обучения.

Табл. 15. Библиогр.: 6 назв.

Рекомендовано Учебно-методическим советом СПбГАСУ в качестве учебного пособия.

©Л. В. Кислицын, М. Б. Заводчикова, 2017

©Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, 2017

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее пособие включено пять работ:

•лабораторная работа № 1 «Породообразующие минералы

иих физические свойства»;

•лабораторнаяработа№2«Магматическиегорныепороды»;

•лабораторная работа № 3 «Осадочные обломочные и глинистые горные породы»;

•лабораторная работа № 4 «Осадочные химические и биохимические горные породы»;

•лабораторная работа № 5 «Метаморфические горные породы».

Все работы составлены в соответствии с государственным образовательным стандартом для студентов, обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 «Строительство». В работах кратко изложены основные теоретические положения по изучаемому вопросу, даны указания относительно последовательности выполнения и оформления отчетности. В конце каждой работы приведены вопросы для самопроверки, способствующие систематизации знаний и активизации мышления студентов.

При выполнении лабораторных работ предусмотрены варианты, а по некоторым темам – индивидуальные задания, что должно способствовать повышению активности и самостоятельности студентов.

При выполнении лабораторных работ по данной дисциплине студенты несут ответственность за строгое соблюдение правил техники безопасности:

•рабочее место необходимо содержать в чистоте и привести в порядок по окончании работы;

•с режущими инструментами, стеклянным оборудованием

иобразцами горных пород следует обращаться осторожно.

3

Лабораторная работа № 1 ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ МИНЕРАЛЫ И ИХ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Цель работы – определение названий минералов по их физическим свойствам методом визуального изучения.

Минералы – это природные соединения, приблизительно однородные по химическому составу и физическим свойствам, образующиеся в результате геологических процессов в земной коре или на ее поверхности.

Земная кора (внешняя твердая оболочка Земли) сложена веществом с различным химическим составом и физическими свойствами. В ней обнаружено около 3000 различных минералов, однако очень немногие из них массово распространены в природе и образуют горные породы, объединяясь друг с другом. Породообразующими называются лишь 50–70 из всех известных минералов. В курсе геологии изучаются только главнейшие породообразующие минералы.

Почти все минералы имеют кристаллическое строение. Природные кристаллы бывают от микроскопических до весьма крупных (вплоть до нескольких метров) размеров. Главный признак кристаллических веществ – строго определенное расположение слагающих их атомов и ионов, образующих пространственные кристаллические решетки. Для кристаллов характерны однородность, анизотропность (различие физико-механических свойств вразличныхнаправлениях)испособностьсамоограняться,отчетливо проявляющаяся при свободном росте кристаллов и обусловливающая приобретение ими форм правильных многогранников. Примассовойкристаллизации(например,призастываниимагмы) рост соседних кристаллов затрудняет образование правильных

4

Породообразующие минералы и их физические свойства

многогранников и в форме кристаллов прослеживаются лишь отдельные элементы самоогранки.

В настоящее время в кристаллографии для диагностики используютхимический,кристаллооптический,термический,рентгеноструктурный и иные виды анализа.

Минералы также можно определять визуальным методом, основанным на выявлении их внешних признаков и некоторых диагностических свойств: морфологических (форма и характер срастания), механических (твердость, спайность, излом), физических (блеск, прозрачность, цвет) и химических (реакция с соляной кислотой, растворимость и др.).

Формы минеральных зерен позволяют определять названия минералов, и, следовательно, их состав. Выделяются следующие формы кристаллических зерен минералов:

1)  изометрические – одинаково развитые по всем трем направлениям (кальцит, пирит);

2)  удлиненные в одном направлении – игольчатые, столбчатые,

призматические (роговая обманка, асбест); 3)  вытянутые в двух направлениях – таблитчатые, пластинча-

тые, листоватые (слюды, глинистые минералы).

Отдельные внешние свойства разных минералов могут быть одинаковыми,инаоборот,какое-либосвойствоодногоминерала(на- пример, цвет) может изменяться в зависимости от содержащихся примесей, поэтому при определении минерала лучше установить возможно большее число его внешних свойств. Однако в отдельных случаях минерал удается определить по одному свойству, характерному только для него: так, например, лабрадор иризирует (демонстрирует радужное цветовое сияние при ярком освещении на ровном сколе, особенно после полировки), магнетит действует на магнитную стрелку, исландский шпат (прозрачная разновидность кальцита) обладает двойным лучепреломлением и т. д.

Формой кристалла называют совокупность всех его граней. Различают простые и сложные формы.

Простые формы – это многогранники с одинаковыми симметрично расположенными гранями. Простые формы могут быть

5

Лабораторная работа № 1

закрытыми и открытыми. Открытые формы, не замыкающие пространство со всех сторон, представлены призмами и пирамидами,называемымипоформепоперечногосечения(тригональными, тетрагональными, ромбическими, гексагональными и т. д.). К закрытым простым формам относятся: дипирамида (многогранник из двух одинаковых пирамид, сложенных основаниями), ромбоэдр (куб, деформированный по диагональной оси), тетраэдр (четыре непараллельные грани в форме равностороннего треугольника), куб (гексаэдр), октаэдр (восемь граней в виде равносторонних треугольников), скаленоэдр (все грани – равносторонние треугольники) и трапецоэдр (все грани в форме трапеций). Два последних многогранника сходны с дипирамидой, но их боковые ребра не параллельны между собой.

Сложные формы (комбинации) – это многогранники, состоящие из нескольких простых форм.

Понятие о формах кристаллических многогранников необходимо при изучении структур минералов.

Одним из важнейших классификационных признаков являет-

ся характер срастания кристаллов – виды сростков кристаллов,

возникающих в естественных условиях образования минералов:

•одиночныйкристалл–геометрическиправильныймногогран- ник, формирующийся вусловиях медленной кристаллизации исвободного роста впространстве; распространены одиночные кристаллы горного хрусталя, гипса, граната, некоторых редких минералов;

•двойник – два кристалла, сросшиеся по определенному направлению, например двойник гипса (так называемый ласточкин хвост);

•друза (щетка) – семейство кристаллов, сросшихся основаниями; в природе встречаются крупные друзы кварца, кальцита, пирита;

•конкреция – сферический сросток кристаллов в виде радиально расположенных лучей; конкреции характерны для марказита, гипса;

•жеода – скопление кристаллов на стенках пустот в горных породах; рост кристаллов происходит от стенок к центру пустот;

6

Породообразующие минералы и их физические свойства

•оолит – минеральное скопление в виде горошин концен- трически-скорлуповатого строения, образующихся из карбонатныхижелезистыхсоединений; встречаются оолитовыеизвестняки, бобовые железные руды;

•агрегат – совокупность компактно сросшихся зерен кристаллов, форма которых, свойственная данному минеральному веществу, не всегда хорошо выражена; это наиболее распространенная форма выделения минералов в природе.

Цвет (окраска) минерала зависит от его химического состава, строениякристаллическойрешеткииналичияпримесей.Еслиальбит(белыйнатриевыйполевойшпат)всегдабелый,токварцможет быть прозрачным и бесцветным (горный хрусталь), черным (морион), фиолетовым (аметист) или иметь иную окраску. Некоторые минералы (например, кремень) могут быть пестроокрашенными­ .

Цвет черты минерала выявляет цвет его порошка. Черта – это след, оставленный минералом на матовой фарфоровой пластинке. Черту дают только мягкие и средней твердости минералы. По сравнению с окраской минерала цвет черты – более устойчивый признак. Он может совпадать с окраской (магнетит, графит) или же отличаться от нее (например, желтый пирит оставляет зе- леновато-черную черту).

Блескминералазависитотегоспособностиотражатьсвет,т.е.от показателя преломления и типа кристаллических агрегатов, слагающих минерал. Показатель преломления определяется по формуле

n = l/v,

где l – скорость света в воздухе; v – скорость света в минерале. Похарактерублескаминералыразделяютнадваосновныхвида: 1)  металлическим блеском обычно обладают непрозрачные

минералы, дающие черную черту на фарфоровой пластинке; 2)  неметаллический блеск характерен для прозрачных и полу-

прозрачных минералов.

Выделяют следующие разновидности неметаллических блесков минералов:

• стеклянный, широко распространенный среди прозрачных минералов (кварц на гранях кристаллов, кальцит, гипс);

7

Лабораторная работа № 1

•жирный, напоминающий блеск смазанной маслом поверхности (нефелин, кварц на изломе);

•перламутровый, обусловленный отражением света от внутренних плоскостей спайности (мусковит, гипс);

•шелковистый, напоминающий блеск шелковых нитей, характерный для игольчатых минералов (асбест, селенит).

Матовый облик имеют минералы с неровной и землистой поверхностью.

Твердость минерала (способность противостоять внешнему механическому воздействию) чаще определяется путем царапания. Оценка минералов по твердости производится по шкале Мооса или по условной шкале твердости (табл. 1).

Спайность минерала отражает его способность раскалываться по параллельным плоскостям спайности. Чем ярче выражено это свойство, тем совершеннее спайность. Весьма совершенная спайностьуслюд,унекоторыхминераловспайностьотсутствует.

8

Породообразующие минералы и их физические свойства

Втехслучаях,когдаплоскостейспайностиобнаружитьнеудается, говорят об изломе.

Излом – это внешний вид поверхности, образующейся при раскалывании минерала. Различают следующие виды изломов:

•раковистый – гладкая вогнутая или выпуклая поверхность с концентрической ребристостью (кварц, халцедон, опал

идр.);

•занозистый – напоминает поверхность древесины поперек волокна (селенит, асбест, роговая обманка);

•крючковатый – с крючковатыми неровностями на поверхности раскола (медь, серебро, золото, платина);

•ступенчатый – излом частично по спайности, частично под углом к ней (кальцит, полевые шпаты);

•зернистый–четковидныотдельныезерна(апатит,гематит);

•землистый – с шероховатой поверхностью (каолинит). Среди других диагностических внешних свойств минералов

следует выделить:

•способность реагировать с соляной кислотой (HCl) –важ- нейшийдиагностическийпризнакминераловгруппыкарбонатов;

•вкус (имеется у растворимых в воде минералов);

•запах.

Минералыотражаютопределенныефизико-химическиеитер- модинамические условия той части земной коры, где они об­ разовались.

Магматические (первичные) минералы сформировались при кристаллизации магмы – огненно-жидкого насыщенного газами силикатного расплава.

Экзогенные минералы образуются при разрушении первичных минералов, оказавшихся в зоне воздействия внешних сил Земли. Некоторая часть вещества разрушенных первичных минералов переходит в состав глинистых минералов, формирующихся на месте их разрушения, другая часть переходит в раствор,уноситсявместесводойивдальнейшем,выпадаявосадок, также формирует экзогенные минералы. Некоторые экзогенные минералы образуются при участии растительных и животных

9

Лабораторная работа № 1

организмов. В результате геологического развития территории экзогенные минералы могут оказаться в недрах Земли, где под действием высоких давлений и температур, взаимодействуя с вмещающим веществом земной коры, дают начало метамор-

фическим минералам.

В условиях земной поверхности наиболее устойчивы глинистые минералы и обломки некоторых минералов магматического происхождения (кварца, полевых шпатов, слюд и др.).

Поскольку минералы являются химическими соединениями и один и тот же минерал может быть образован несколькими путями (кварц, например, бывает эндогенного, экзогенного и метаморфического происхождения), то классификация минералов основывается на учете их химического состава (табл. 2).

Таблица 2

Классификация минералов и их содержание в земной коре

Для определения названий породообразующих минералов используют таблицу-определитель внешних признаков (табл. 3).

Форма отчета по лабораторной работе: необходимо дать описание восьми образцов (см. пример в табл. 4).

10