Лабораторная работа №2 Сравнительное макроскопическое и микроскопическое изучение горных пород

Цели работы

1. Познакомиться с составом, структурой и свойствами гранита, мрамора и известняка – важнейших природных строительных материалов.

2. Установить отличительные признаки гранита, мрамора и известняка.

Приборы, материалы, пособия

Микроскоп поляризационый, бинокуляр, лупы, стальная игла, соляная кислота.

Шлифы горных пород.

Образцы (штуфы) горных пород.

Фото штуфов и шлифов горных пород.

Основные сведения

Рассматриваемые в настоящей работе гранит, известняк и мрамор – распространенные горные породы, широко применяемые как строительные материалы.

Первичное знакомство с этими материалами начинается с изучения макроскопических признаков, которым была посвящена предыдущая лабораторная работа.

Более детальное изучение требует микроскопических исследований. Оптические микроскопы могут давать увеличение до 1000 и более раз. При таком увеличении возможно увидеть детали размером до 1 микрометра. Наблюдения проводятся на специально приготовленных препаратах, называемых шлифами.Шлифы – это плоско-параллельные пластинки горной породы толщиной около 30 микрометров, размещённые между двумя стеклянными пластинками.

Гранитыпринадлежат к группе полиминеральных горных пород магматического происхождения и образуются на глубинах от нескольких километров до нескольких десятков километров. Рапакиви (в переводе с финского языка – гнилой камень) – основной гранит Выборгского гранитного массива.

Породообразующие минералы гранита (полевые шпаты, кварц и слюды) зарождаются и растут в определенной последовательности в огненно-жидком силикатном расплаве.

Макроскопически граниты обнаруживают явное кристаллическое строение. Имеют массивную текстуру и различный цвет (от почти белого и серого до гаммы желтовато-красно-бурых тонов).

В состав гранитов входят полевые шпаты (до 60 -70%), кварц (до 30%), остальное – черная слюда (биотит), иногда роговая обманка или пироксен и гранат (главные минералы гранитов изучались в л.р. №1).

Полевые шпаты представлены двумя типами: существенно калиевыми (микроклины), создающими преобладающий цвет гранитов, и кальций-натровыми (плагиоклазы), обычно светло-серыми.

Зерна кварца в гранитах обычно изометрического облика и имеют размер порядка нескольких миллиметров. Цвет их чаще светло-серый, в рапакиви – черный (признак относительно повышенного радиационного фона).

Биотит – черная слюда таблитчатого облика, размер кристаллов до нескольких миллиметров.

При микроскопическом исследовании гранитов следует обратить внимание на изменение цвета при разных условиях освещения. К примеру, полевые шпаты и кварц выглядят сероватыми, биотит и некоторые другие минералы могут иметь различную окраску в проходящем и поляризованном свете. На изменение окраски в поляризованном свете влияет явление интерференции в скрещенных николях. Также обнаруживаются новые детали форм и внутреннего строения минералов. В частности, кристаллы микроклина характеризуются своеобразным решетчатым двойникованием (“микроклиновая решетка”).

В кристаллах кварца в скрещенных николях при вращении столика микроскопа обнаруживаются признаки деформации в виде перемежающихся светлых и тёмных сероватых пятен. Это явление называется волнистым погасанием.

Граниты хорошо известны в качестве ценного строительного материала (для фундаментов и других элементов зданий и сооружений, мостов, дорог и многого другого).

Актуальна для нашей страны (в особенности для Ленинградской области) проблема утилизации гранитного песка-отсева. Минералы гранита в составе песка могут быть использованы в качестве сырья для стекольной и фарфоро-фаянсовой промышленности, производства абразивных материалов, противогололедных посыпок. Такой песок, согласно данным одного из авторов настоящей работы, может служить ценным и дешевым материалом для удобрения и мелиорации тяжелых глинистых и кислых почв.

Известняк– так же, как гранит, весьма распространенная на поверхности Земли горная порода. Известняк – осадочная порода, образующаяся в пересыщенных углекислотой водных растворах путем свободной кристаллизации множества мелких кристалликов кальцита, а также в процессе биосинтеза последнего в организмах многих видов животных и (в меньшей степени) растений.

Известняк – почти мономинеральная горная порода, сложена кальцитом (карбонатом кальция), иногда с примесью доломита (карбоната кальция и магния) или магнезита (карбоната магния). В некоторых известняках содержатся примесные глинистые минералы, возможны также зерна кварца. Структура породы – мелко- или скрытокристаллическая, нередко пористая. В некоторых известняках различимы зерна кальцита, в особой разновидности (ракушняках) – створки моллюсков. Текстура породы обычно массивная, иногда – слабовыраженная полосчатая и сланцеватая.

Обычно известняки светлоокрашенные – светло-серые или желтоватые. Визуально известняк можно узнать по светлой окраске, мелкозернистой или сложенной остатками раковин моллюсков структуре, пористости, низкой твердости (порядка 3 по шкале Мооса) и реакции «вскипания» с соляной кислотой. При наличии различимых глазом зерен кальцит можно диагностировать по совершенной спайности в трёх плоскостях и стеклянному блеску.

Под микроскопом в проходящем свете кальцит не обнаруживает той окраски, которая характерна для макрообразцов, т.е. обычно бесцветен и прозрачен. В зернистых агрегатах, изучаемых под микроскопом, также не проявляются собственные формы кристаллов кальцита, а наблюдаются почти изометричные зерна с криволинейными очертаниями. Кальцит в шлифах известняка диагностируется по следующим признакам: по двум плоскостям совершенной спайности, расположенным под углом 60^о; по наличию полисинтетических двойников. Кроме того, вследствие двух резко различных показателей преломления в разных кристаллографических направлениях кальцита ни спайные, ни другие трещинки, ни границы зерен почти не видны при одном положении столика микроскопа, но сразу выявляются – при другом, зерно становится сероватым и похожим на шагреневую поверхность.

Низкая твердость, совершенная спайность кальцита определяют высокую технологичность, т.е. способность известняка легко обрабатываться. Например, ракушечник (ракушняк) – известняк, состоящий из целых или раздробленных раковин моллюсков, сцементированных кальцитом, население Крыма пилит, как дрова, двуручной пилой. Вместе с тем эти же физические свойства кальцита, а также растворимость в кислотах делают эти породы уязвимыми по отношению к кислотным дождям и абразивному истиранию.

С учетом таких особенностей предпочтительно использование известняка (как и мрамора) для внутренней облицовки стен помещений. Известняки – важнейшее сырье для получения цемента. Известняком раскисляют почвы и озера.

Мрамор– это метаморфическая порода, образующаяся на больших глубинах (как и граниты, часто на контакте с гранитными телами). Состав этой породы существенно кальцитовый. Отличие от известняков – в явнокристаллическом (мелко- и среднезернистом) строении, массивной текстуре и весьма разнообразных окрасках, часто с пестрым и причудливым рисунком. Узнается эта горная порода по невысокой твердости, характерной спайности и изометрическому облику различимых глазом зерен кальцита, стеклянному блеску и реакции с соляной кислотой.

В мраморе под микроскопом можно увидеть более крупные, чем в известняке, изометричные зёрна кальцита с прямолинейными границами.

Мрамор – ценный строительный материал, особенно он важен для внутренней облицовки стен дворцов, музеев. Особым признанием мрамор пользуется у скульпторов (можно вспомнить древнегреческие и римские изваяния из белого каррарского мрамора). Этот материал легко обрабатывается. Мраморная крошка без проблем может утилизироваться.

Порядок выполнения работы.

1. Рассмотреть невооруженным глазом и с использованием лупы и бинокуляра штуфы горных пород, сравнить свои наблюдения с фотографиями штуфов, обращая внимание на различимые глазом зерна минералов разных видов. Определить твёрдость образцов и наличие кальцита по реакции вскипания.

2. Наблюдаемые признаки записать в таблицу 1 макроскопических признаков горных пород.

3. Рассмотреть шлифы горных пород под микроскопом при различных увеличениях. Наблюдение провести в проходящем свете и при скрещенных николях. Сделать заключение о наблюдаемых признаках. Данные наблюдений записать в таблицу 2.

4. Сделать заключение о типах наблюдаемых структур и текстур горных пород.

5. Сделать выводы о характерных признаках гранита, известняка и мрамора.

6. Дать письменные ответы на вопросы по данной теме.

Таблица 1