16. Методы исследований

Оптическая микроскопия (оптико-минералогический, петрографический, минераграфический методы, автоматический анализ изображений) – определение минерального состава и текстурно-структурных признаков горных пород, руд и продуктов их обогащения.

Рентгенографический метод • идентификация и количественная оценка фаз, размер кристаллитов которых не менее 0,02 мкм; изучение кристаллической структуры реальных минералов.

Инфракрасная спектроскопия • диагностика аморфных (ультрадисперсных и некристаллических) фаз с количественной оценкой их содержания.

Термический метод • идентификация термоактивных фаз (слоистые алюмосиликаты, карбонаты и т.д.), определение минерального (фазового) состава тонкодисперсных руд (бокситов, фосфатов, цеолитсодержащих пород).

Электронно-микроскопический метод • выявление и изучение микро-неоднородности и микростроения минеральных и техногенных фаз, размера, формы содержащихся в них включений.

Мессбауэровская спектроскопия (ЯГРС) • определение фазового состава железо- и оловосодержащего минерального и техногенного сырья; определение коэффициента окисленности железа в породообразующих минералах нефтегазоносных толщ.

Люминесцентный метод • экспрессная диагностика минералов.

Метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) • экспрессная оценка качества кварцевого, карбонатного, шунгитового сырья; изучение структурных дефектов в минералах.

17. Процессы минералообразования - физико-химические процессы, протекающие в земной коре, вызывающие образование, изменение и разрушение минералов. Классификация П. м. основана, с одной стороны, на источнике вещества и энергии, а с другой - на характере среды, в которой протекает данный процесс и типах химических реакций. По первому признаку различают П. м.: эндогенные, связанные с привносом из глубоких частей земной коры вещества, в виде магмы или происходящих из неё растворов и газов, и энергии; метаморфические или автигенные, без существенного привноса вещества, идущие за счёт энергии, связанной с глубокими частями земной коры, обычно с той же магмой; экзогенные, порождаемые факторами, связанными с земной поверхностью - гидросферой, атмосферой и биосферой.

1. Эндогенные процессы минералообразования подразделяют на:

А) Собственно магматический или магматогенный (кристаллизация из магмы)

Б)Пневматолитический или пиевматогенный (кристаллизация из газообразной среды)

В)Гидротермальный (кристаллизация из растворов, отделившихся от магмы)

Г) Метасоматический (взаимодействие растворов с ранее существовавшими породами и минералами - процесс переходный)

Д)Пегматитовый (конечная стадия магматической кристаллизации и метасоматоз).

2.Метаморфические или автигенные процессы минералообразования: контактово-метаморфический, связанный с непосредственным местным действием интрузии, и регионально-метаморфический, охватывающий большие области, причём связь поднятия температуры с магматической деятельностью устанавливается лишь при исследованиях большого масштаба, а иногда вообще кажется сомнительной.

3.Экзогенные процессы минералообразования: экзогидратогенный, связанный с действием поверхностных растворов, пегнитогенный - осаждение в водных бассейнах, биогенный - образование в связи с жизнедеятельностью организмов и др.(подразделяются на: а)минералобраз.в коре выветривания, б)остаточные в)инфильтрационные г)собственно осадочные д)хим.осадки е)биохимические ж)россыпи

4.Космогенное

5.Техногенные поцессы

18.Магматическими процессами называются все процессы, с которыми связано образование магмы и магматических пород, а также явления, обусловленные деятельностью магмы. В процессе геологического развития Земли в отдельных ее участках возникают магматические очаги, выполненные силикатным расплавом, магмой, сложного состава с большим количеством летучих соединений (газов-минерализаторов), разных металлов, углекислоты, фтористого и хлористого водорода, паров воды и т.д. считается, что химические элементы находятся в магме в виде комплексных анионов [AlSi3O8] и свободных катионов металлов К+, Са2+ и др.

Магма поднимается по разломам к земной коре и застывает здесь (кристаллизуется) на глубинах нескольких километров или даже может вырываться на поверхность в виде лавы через вулканы. При остывании расплава из него образуются разные минералы, но при кристаллизации магмы на глубине (интрузивный процесс) большую роль играют существующие в недрах Земли высокие температура и давление. В этом случае затруднено выделение из магмы содержащихся в ней летучих газов-минерализаторов и часть их входит в состав образующихся из магмы минералов..

По химическому составу и окраске магматогенных минералов среди них различают цветные и темные минералы, содержащие много железа и магния, и светлые, в которых много кремнезема и алюминия.

К первым относятся: хромит, магнетит, оливин, авгит, роговая обманка, биотит и др.; к светлым – полевые шпаты, лабрадор, мусковит, нефелин, кварц, апатит, алмаз и др. Кроме этого выделяются различные второстепенные (акцессорные) минералы, составляющие не больше 5% от общего объема породы. Из самородных элементов в извержены породах редко встречаются золото, графит и чаще (в основных породах) – платина.

Минералы выделяются из магмы в виде двух рядов реакций в следующей последовательности: в одном ряду раньше всех – апатит, магнетит, циркон и т.д., затем оливин, пироксены, амфиболы и т.д., в другом ряду – плагиоклазы, калиевые полевые шпаты, щелочные пироксены и т.д. и последним в обоих рядах – кварц. Калиевые полевые шпаты, кварц, слюды – это конечные продукты кристаллизации магмы и они образуют эвтектическую смесь. Эвтектический расплав кристаллизуется при температурах более низких, чем отдельные его компоненты. Сочетания компонентов из двух рядов могут кристаллизовываться параллельно (оливин и пироксены с основными плагиоклазами и т.п.).

Как уже отмечалось выше, среди магматогенных минералов главная роль принадлежит силикатам. Это полевые шпаты, оливин, пироксены, амфиболы, слюды (биотит, мусковит), нефелин и другие вещества.

19. Обилие легколетучих компонентов (главным образом Н2О) обуславливает низкую вязкость остаточного расплава, из-за чего последний может легко проникать в трещины и полости вмещающих его пород. Дальнейшая кристаллизация такого расплава приводит к образованию пегматитовых жил. Пегматиты обычно образуются в ассоциации с кислыми (граниты) или щелочными (нефелиновые сиениты) породами. По своему минеральному составу пегматиты близки к материнским породам - главная их масса состоит из тех же породообразующих минералов, однако число и распространенность второстепенных минералов в пегматитах в некоторых случаях существенно больше, чем в материнских породах. Так, например, в гранитных пегматитах кроме породообразующих минералов (полевые шпаты, кварц, слюды) иногда наблюдаются фтор- и борсодержащие соединения (топаз - Al2[SiO4](F,OH)2, турмалин - Na(Mg,Fe)3Al6[Si6O18] (BO3)3(OH)4), минералы бериллия (берилл - Be3Al2Si6O18), лития (литиевые пироксены и слюды), редкоземельных элементов, ниобия, тантала и др. Большинство пегматитов обладает крупнозернистой структурой; отдельные минералы в них иногда достигают гигантских размеров. Во многих пегматитовых жилах наблюдается зональное строение, выраженное в закономерном распределении минералов.

Пегматитовые минеральные ассоциации

шерл, альбит

аквамарин, кварц, мусковит, спессартин

топаз, альбит, кварц

топаз, полевой шпат

турмалин, лепидолит

В некоторых случаях пегматитовый расплав-раствор может проникать по трещинам в контрастные по составу вмещающие интрузив породы. При этом в результате взаимодействия вмещающих пород с остаточным расплав-раствором состав последнего может измениться и стать существенно отличным от состава пегматитов, залегающих в материнских породах. Такие пегматиты по классификации академика А.Е. Ферсмана относятся к пегматитам линии скрещения, в отличие от рассмотренных выше пегматитов чистой линии. Важно подчеркнуть, что все пегматиты образуются в конце собственно магматического процесса и занимают как бы промежуточное положение между глубинными магматическими породами и постмагматическими пневматолито-гидротермальными образованиями.

20. При внедрении магмы вмещающие породы в первую очередь испытывают прогрев, причем наиболее сильно тогда, когда магма кристаллизуется и отдает максимальное количество тепла. Прогрев сам по себе способен стимулировать многие реакции во вмещающих породах, но особенно активно изменения протекают, если вмещающие породы резко отличны по химизму от магматического расплава и продуктов его кристаллизации. По законам термодинамики реакции будут протекать в направлении сглаживания различий химизма контактирующих сред, т. е. начнется обмен компонентами между магмой (а затем - магматической породой) и вмещающей породой. Так как вмещающая порода при этом остается в твердом состоянии, то такой обмен возможен лишь путем метасоматоза - реакций замещения. Поскольку они идут на контакте двух сред, такие процессы и названы контактово-метасоматическими. Мы остановимся на характеристике двух из них – фенитизации и скарнообразовании. Проявляются вокруг массивов изверженных пород (особенно гранитоидов) и обусловлены их тепловым воздействием на вмещающие осадочные и осадочно-метаморфические породы. Контактово-метаморфические процессы часто тесно связаны с контактово-метасоматическими.

21. ГИДРОТЕРМАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ получение кристаллич. неорг. в-в (гидротермальный синтез), перекристаллизация или выращивание монокристаллов в условиях, моделирующих физ.-хим. процессы образования минералов в земных недрах.Основаны на способности воды и водных р-ров растворять при высоких т-ре (до 500 о С) и давлении (10-80 МПа, иногда до 300 МПа) в-ва, практически нерастворимые в обычных уеловиях, - нек-рые оксиды, силикаты, сульфиды и др.Существуют два технол. способа гидротермального синтеза. По первому исходные реагенты растворяются, взаимод. между собой и образуют новые соед. в одной емкости. Если при растворении реагенты не взаимодействуют, применяют второй способ - р-ры каждого из реагентов готовят в отдельных аппаратах, а собственно синтез происходит при смешении этих р-ров; при этом часто достигается 100%-ное превращ. исходных компонентов в конечный кристаллич. продукт. Гидротермальными методами в промети получают большое число соед., напр. SiO2, NaNdSi6O14, CaSiO3, GeO2, KNaP4O12, NdP5O14, HgS, ZnS, PbS.

Образование минералов этого генетического типа связано с деятельностью летучих компонентов, отделившихся от магмы и покинувших место ее кристаллизации. Это случается, когда магматический очаг оказывается связанным системой тектонических трещин с земной поверхностью (чаще всего это возможно при образовании вулканических аппаратов, в областях активного вулканизма). Прежде всего, отметим, какие именно летучие компоненты участвуют в эксгаляционном минералообразовании. Это: H2O, HCl, NH4Cl, H3BO3, H2S, CO2, P2O5 и др. Именно эти компоненты обнаружены при изучении газовой составляющей современных вулканических извержений, причем содержание их, особенно Н2О в виде пара, может быть весьма значительным.

22. Выветривание. Процессы выветривания проявляются как в постепенном раздроблении первичного материала (физическое выветривание), так и в его химической переработке с образованием новых минералов (химическое выветривание).

При физическом выветривании главная роль в разрушении горных пород и минералов принадлежит колебаниям температуры, замерзанию

воды, а также кристаллизации солей. В ряде случаев выветривание тесно связано с жизнедеятельностью организмов и продуктами их разложения после смерти. Исключительная роль принадлежит микроорганизмам, в особенности при почвообразовании.

При химическом выветривании главными факторами являются кислород, углекислота и вода, а также органические кислоты.

В результате физического и химического выветривания на разнообразных горных породах и месторождениях формируется кора выветривания.

В коре выветривания возникают два типа образований: а) твердые фазы, остающиеся на месте и собственно образующие кору выветривания, и б) растворы ряда компонентов, которые выносятся из выветривающегося комплекса и мигрируют за его пределы или вмываются (инфильтруются) в него, откладывая на своем пути растворенные компоненты. В соответствии со сказанным среди минеральных месторождений, возникающих в процессе выветривания, можно выделить остаточные и инфильтрацонные месторождения. Из них особое значение принадлежит месторождениям зоны окисления и зоны обогащения.

23. Экзогенные процессы протекают на поверхности и в приповерхностной зоне земной коры в форме механического и физико-химического её взаимодействия с гидросферой и атмосферой. К ним относятся: Выветривание, геологическая деятельность ветра (эоловые процессы, Дефляция), проточных поверхностных и подземных вод (Эрозия, Денудация), озёр и болот, вод морей и океанов (Абразия), ледников (Экзарация). Главные формы проявления Э. п. на поверхности Земли: разрушение горных пород и химическое преобразование слагающих их минералов (физическое, химическое, органическое выветривание); удаление и перенос разрыхлённых и растворимых продуктов разрушения горных пород водой, ветром и ледниками; отложение (аккумуляция) этих продуктов в виде осадков на суше или на дне водных бассейнов и постепенное их преобразование в осадочные горные породы (Седиментогенез, Диагенез, Катагенез). Э. п. в сочетании с эндогенными процессами участвуют в формировании рельефа Земли, в образовании толщ осадочных горных пород и связанных с ними месторождений полезных ископаемых. Так, например, в условиях проявления специфических процессов выветривания и осадконакопления образуются руды алюминия (бокситы), железа, никеля и др.; в результате селективного отложения минералов водными потоками формируются россыпи золота и алмазов; в условиях, благоприятствующих накоплению органические вещества и обогащенных им толщ осадочных горных пород, возникают горючие полезные ископаемые.

Экзогенное. месторождение. формируются в результате механич. и биохим. преобразования и дифференциации минеральных веществ эндогенного происхождения. Cреди Э. м. различают четыре генетич. группы: остаточные, инфильтрационные, россыпные и осадочные. Остаточные месторождения формируются вследствие выноса растворимых минеральных соединений из зоны выветривания и накопления труднорастворимого минерального остатка, образующего руды железа, никеля, марганца, алюминия. Инфильтрационные месторождения возникают при осаждении из подземных вод поверхностного происхождения растворённых в них минеральных веществ c образованием залежей руд урана, меди, серебра, золота, самородной серы. Россыпные месторождения создаются при накоплении в рыхлых отложениях на дне рек и мор. побережий тяжёлых и прочных ценных минералов, к числу к-рых принадлежат золото, платина, минералы титана, вольфрама, олова. Осадочные месторождения образуются в процессе осадконакопления на дне мор. и континентальных водоёмов, формирующего залежи угля, горючих сланцев, нефти, горючего газа, солей, фосфоритов, руд железа, марганца, бокситов, урана, меди, a также строит. материалов (гравий, песок, глина, известняк, цементное сырьё). Э. м. имеют крупное пром. значение.

24.Метаморфические процессы:

1)метометаморфогеные известняк + РТ=мрамор(начал=конеч)

2)собственный метаморфизм >>РТ начал.≠ кончеч. сланцы ->гнейсы->гранит

3)динамо-метаморфизм

4)термальный-метаморфизм

5)контактовосамотический

метаморфизм-процесс измен г/п под влиянием глубин факторов. Он характер для всех видов пород. процессы метаморфизма: 1)изм-ие строения(структура-перескрист(увел), гарнуляция(уменьш), текстура(сланцеватость) 2)измен состава: минералы приспосабл к измен среды-изохим мет(без привноса и выноса), аллохимич(с)

Факторы метаморф: 1)темп нач=374, кон=680-1300 ультрамет-при тем, близк к плавлению; 2)давление нач=4000 атм, кон=15000 атм а)литостатич(вышележ пород увелич на 275атм/км. Б)стрессовое(тектоническое); 3)геол время-древние породы более изменены, чем молодые; глубина 0,5км/25 км

25. С середины прошлого столетия минералы стали классифицировать по химическому составу – по доминирующему аниону или анионной группе. Но только после появления рентгеноструктурного анализа и определения с его помощью внутреннего строения минералов стало возможным установить тесную связь между химическим составом минерала и его кристаллической решеткой. Это открытие положило начало принципу кристаллохимической классификации минералов. Впервые это сделали ученые Брэгг и Гольдшмидт для силикатов. За основную единицу при такой классификации принят минеральный вид, обладающий определенной кристаллической структурой и определенным стабильным химическим составом. Минеральный вид может иметь разновидности. Под разновидностью понимают минералы одного вида, отличающиеся друг от друга по какому-то физическому признаку, например по цвету минерал кварц многочисленными разновидностями (черный – морион, прозрачный – горный хрусталь, фиолетовый – аметист). В процессе минералообразования минералы одного минерального вида могут отличаться друг от друга внешним обликом – размерами кристаллов или формой. В этом случае каждый минерал одного минерального вида называют минеральный индивид. Существующие классификации объединяют минеральные виды в классы или группы. Их количество у разных авторов колеблется, по мере усовершенствования классификации и получения новых данных о минеральных видах. всего 8 классов 26. Минеральный вид - это совокупность минералов, одинаковых по химическому составу и кристаллической структуре На сегодняшний день известно более 4 тысяч минералов. Ежегодно открывают несколько десятков новых минеральных видов и несколько «закрывают» — доказывают, что такой минерал не существует. Четыре тысячи минералов — это очень не много по сравнению с числом известных неорганических соединений (более миллиона). Геологи объясняют небольшое количество минералов следующими причинами: Распространенность элементов в Солнечной системе. Наиболее широко на Земле распространены кислород и кремний (кларковое число: O 470000 (Виноградов, 1962), 472500 (Ведеполь, 1967); (Виноградов, 1962), 305400 (Ведеполь, 1967). Соответственно, подавляющее большинство минералов является силикатами. С другой стороны, некоторые элементы так рассеяны, что никогда не образуют собственных минералов и лишь входят в структуру некоторых минералов в виде примесей. Неустойчивость многих химических соединений в земных условиях. 30. Оксиды и гидроксиды. Общая характеристика и условия образования в природе. Основы систематики оксидов и гидроксидов. Простые оксиды: куприт, периклаз, вюстит, корунд, гематит, рутил, брукит, анатаз, касситерит, пиролюзит, уранинит, минералы группы кремнезема (кварц, тридимит, кристобалит, коэсит, стишовит, опал). Сложные оксиды: хризоберилл, минералы группы шпинели (шпинель, герцинит, ганит, магнетит, магнезиоферрит, якобсит, франклинит, титаномагнетит), ильменит, перовскит, минералы группы танталониобатов (пирохлор, колумбит, танталит, самарскит, эшинит). Гидроксиды: брусит, гидраргиллит, диаспор, бемит, гетит, лепидокрокит, манганит, псиломелан; сложные минеральные смеси - лимониты, бокситы, вады. 31.ДИАСПОР Формула AlO(OH) Цвет Белый, коричневый, бесцветный. Цвет черты белый Блеск стеклянный, перламутровый Прозрачность прозрачный, полупрозрачный Твёрдость 6,5-7 Излом раковистый БЕМИТ Формула γ-AlO(OH) Сингония ромбическая (орторомбическая) Цвет часто бесцветный или белый с желтоватым, красноватым, розоватым, зеленоватым оттенком Цвет черты белая, серая Блеск стеклянный, на плоскостях спайности — перламутровый; в тонкопластинчатых агрегатах иногда шелковистый Прозрачность прозрачный до полупрозрачного Твёрдость 3,5 Спайность весьма совершенная  ГИДРАРГИЛЛИТ формула Al(OH)3 Цвет Бесцветен или зеленоватого, красноватого или голубоватого цвета[2] Твёрдость 2,5—3,5[1] Спайность хорошая[1] Плотность 2,3—2,4[1] г/см ГЕТИТ Формула FeO(OH) Сингония Ромбическая (планаксиальная) Цвет Оттенки коричневого, жёлтый Цвет черты Желтовато-коричневая Блеск Алмазный Прозрачность Просвечивающий, непрозрачный Твёрдость 5 — 5,5 Спайность Совершенная п

32. Блеск у них неметаллический. Все минералы, относящиеся к этому классу, имеют среднюю твердость, землистые разности являются мягкими. Исключительно характерным признаком для всего класса карбонатов является реакция с разбавленной соляной кислотой (10%-ный раствор), при этом выделяется СО2

применяют в строительном деле, в химической промышленности, оптике

Кальцит (известковый шпат) — CaCO3

Блеск стеклянный, перламутровый; землистый и плотный кальцит матовый. Твердость 3, землистые разности мягкие. Бесцветный, белый, реже желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый, темно-бурый, черный. Черта белая. Твердость 2,5-3.

Бурно вскипает при действии разбавленной соляной кислоты. Вскипает при действии уксусом.

Арагонит - СаСО3.

Цвет белый, серый, бледно-желтый, иногда светло-зеленый, фиолетовый и серый. Черта белая, светло-серая. Блеск стеклянный, в изломе жирный. Твердость 3,5-4. Плотность 2,95-3,0 (большая, чем у кальцита). Легко растворяется в HCl

Доломит — CaMg[C03]2.

Блеск стеклянный, перламутровый. Твердость средняя. Цвет белый, желтый, серый, зеленоватый, черный. Черта белая

Порошок вскипает при действии разбавленной соляной кислоты.

Магнезит (магнезиальный шпат) — MgCO3

Блеск у зернистых разностей стеклянный, плотные разности матовые. Твердость средняя. Цвет у зернистых разностей серовато-белый, желтоватый, у плотных — белый, кремовый, желтоватый, бурый, серый. Черта белая.

вскипание порошка магнезита при действии нагретой соляной кислоты

Сидерит (железный шпат) — FeC03.

Физические свойства. Блеск стеклянный, или сидерит матовый. Твердость средняя. Цвет желтовато-серый, желтовато-бурый, бурый. Черта белая, иногда буроватая.

вскипание при действии нагретой соляной кислоты.

Капля соляной кислоты, помещенная на поверхности сидерита, благодаря образованию FeCl3 желтеет.

Малахит — Cu2[C03] (ОН)2.

Физические свойства. Блеск стеклянный, шелковистый или малахит матовый. Твердость средняя, землистые разности мягкие. Цвет ярко-зеленый, травяно-зеленый.

Постоянными признаками для малахита являются зеленый цвет и вскипание при действии разбавленной соляной кислоты. Спутник — азурит (синий, вскипает при действии соляной кислоты).