1 курс / 2 семестр / Геология / Практикум 'Геология'

Натечные образования возникают в пустотах при медленном испарении или охлаждении поступающих туда растворов. Эти образования имеют различную форму: почковидную, гроздьевидную, неправильную, цилиндрическую. Натеки, свисающие в виде сосулек со сводов пустот, называются сталактитами, а поднимающиеся им навстречу со дна пустот – сталагмитами.

Оолиты представляют собой более или менее округлые, шарообразные агрегаты размером от просяного до бобового зерна. Они образуются в результате последовательного выделения из раствора минеральных веществ на песчинках, осколках раковин и т.п., в результате чего возникает концентрически-скорлуповатое строение агрегатов. Оолиты чаще всего сцементированы и слагают горную породу.

Конкреции – также минеральные агрегаты шарообразной, неправильной, округлой сплюснутой формы, имеющие концентрическое или радиально-лучистое строение. Конкреции образуются в рыхлых осадочных породах в результате стяжения минерального вещества к отдельным центрам.

Секреции возникают при заполнении пустот минеральным веществом, осаждающимся на стенках пустот от периферии к центру. Секреции обычно имеют концентрически-слоистое строение и овальную форму. Среди секреций различают миндалины – секреции небольших размеров (примерно 10 мм в поперечнике) и жеоды

– крупные, частично выполненные минеральным веществом пустоты.

Друзы – незакономерные сростки более или менее правильных кристаллов, приросших одним концом к породе.

Дендриты – образуются при быстром росте кристаллов в тонких волосяных трещинках и имеют ветвящееся древовидное строение, в связи с чем внешне похожи на отпечатки растений (папоротников, мхов).

Встречаются минеральные образования, состав которых не соответствует форме, которую они слагают, – это так называемые псевдоморфозы (греч. «псевдо» - ложный). Они возникают при химических изменениях ранее существующих минералов или заполнении пустот, образовавшихся при выщелачивании каких-либо минеральных или органических включений. К первым относятся, например, часто встречающиеся псевдоморфозы лимонита по пириту, когда кубические кристаллы пирита превращаются в скрытокристаллический лимонит, ко вторым – псевдоморфозы халцедона по дереву и др.

2.2 Физические свойства минералов

Постоянство химического состава и внутренней структуры минералов обусловливает постоянство их свойств. К основным физическим свойствам минералов, позволяющим определять их по внешним признакам, относятся: цвет в образце, цвет черты, блеск, прозрачность, спайность, излом, твердость, плотность, магнитность. Диагностическое значение имеют и такие физические свойства, как хрупкость, ковкость, упругость, радиоактивность, люминесценция (способность светиться при облучении ультрафиолетовыми лучами, нагревании или давлении).

Морфология кристаллов может явиться важным диагностическим признаком. Следует учитывать, что в природе один и тот же минерал в разных условиях образует кристаллы различной формы, а разные минералы могут давать одинаковые кристаллы. Все многообразие форм кристаллов группируется условно по степени сложности в семь сингоний (см. лаб. раб. №1).

Оптические свойства минералов

Цвет. Окраска минералов обусловлена особенностями химического состава, структурой минералов, наличием в них механических примесей. Различают идиохроматическую окраску (от греческих «идиос» - свой, собственный, и «хрома» - цвет), свойственную самому веществу минерала, и аллохроматическую окраску (от греческого «аллос» - посторонний), связанную с присутствием в минералах посторонних примесей элемента, называемого хромофором, т.е. носителем окраски.

21

Идиохроматическую окраску имеют желтое самородное золото, красная киноварь, латунно-желтый пирит, темно-зеленый малахит, черный магнетит, зеленый изумруд и др. Аллохроматическая окраска характерна для кристаллов кварца (бесцветный горный хрусталь, фиолетовый аметист, золотистый цитрин, черный морион, дымчатый раухтопаз), флюорита, каменной соли и многих других минералов.

Некоторые минералы меняют окраску в зависимости от освещения. Например, на полированной поверхности лабрадорита при некоторых углах поворота появляются густые синие и зеленовато-синие переливы, вызванные присутствием тончайших пленок ильменита в трещинах спайности плагиоклаза. Такая окраска называется

псевдохроматической (от греческого «псевдос» - ложный).

Иногда, кроме основной окраски, минералы имеют дополнительную окраску – побежалость, обусловленную тонкой поверхностной пленкой другого минерала. Побежалость обычно бывает радужной, напоминая окраску тонких пленок нефти на поверхности воды.

Цвет черты– это цвет тонкого слоя порошка минерала, остающегося на поверхности неглазурованной фарфоровой пластинке, если по ней провести минералом. Цвет черты является более надежным признаком по сравнению с окраской минерала (черная черта у черного магнетита, красная – у красной киновари). Чаще цвет черты отличается от цвета минерала. Так, у черного гематита черта вишнево-красная, а у латунно-желтого пирита – черная и т.д.

Блеск. При отражении световых лучей от поверхности минерала последние приобретают характерный для них блеск, который определяется показателем преломления минерала и коэффициентом поглощениях им света. По характеру блеска минералы делятся на две группы.

1.Минералы с металлическим блеском, напоминающим блеск полированной поверхности металла. Такой блеск характерен для непрозрачных минералов с высокой отражательной способностью. К ним относятся самородные металлы, в также пирит, молибденит и др. К этой же группе относятся минералы, обладающие металловидным или полуметаллическим блеском, напоминающим блеск потускневшего металла. Полуметаллический блеск имеют магнетит, гематит, ильменит, графит, киноварь и др.

2.Минералы с неметаллическим блеском. Здесь выделяются несколько разновидностей блеска, свойственных тем или иным минералам:

стеклянный – горный хрусталь, кальцит, лед, флюорит; алмазный – циркон, касситерит, сфалерит, алмаз; перламутровый – тальк, гипс, мусковит; жирный – сера, нефелин, галит (каменная соль); шелковистый – гипс-селенит, хризотил-асбест;

матовый – каолинит, пиролюзит, аморфный магнезит.

Прозрачность. Прозрачностью называется способность минералов пропускать через себя световые лучи. По степени прозрачности минералы делятся на:

прозрачные – горный хрусталь, топаз, исландский шпат; полупрозрачные – гипс, изумруд, сфалерит; непрозрачные – пирит, магнетит, галенит, графит и др.

Механические свойства минералов

Спайность – свойство минералов раскалываться по определенным направлениям с образованием ровных блестящих плоскостей. По степени совершенства различают следующие виды спайности:

весьма совершенная – минералы легко расщепляются на тонкие листы, чешуйки, ограниченные зеркально-гладкими блестящими поверхностями (тальк, мусковит, биотит, гипс); совершенная– минералы раскалываются на обломки, ограниченные плоскостями спайности,

причем отбитые кусочки внешне напоминают кристаллы (галенит, кальцит, галит);

22

средняя – минералы раскалываются на обломки, ограниченные как плоскостями спайности, так и неровными поверхностями излома по случайным направлениям (полевые шпаты, амфиболы, пироксены); несовершенная – минералы раскалываются на обломки, ограниченные неровными

поверхностями, а спайность обнаруживается с трудом (оливин, сера, халькопирит, гематит, касситерит); весьма несовершенная – минералы раскалываются по неопределенным направлениям и

дают неправильные поверхности излома (магнетит, золото, платина).

Излом. Изломом называются неровные поверхности раскола минерала. Различают несколько видов излома:

раковистый излом – похожий на внутреннюю поверхность раковины с концентрически расходящимися ребрами (опал, кварц); занозистый излом – характерен для игольчатых или волокнистых минералов (асбест, селенит);

землистый излом – свойственен землистым агрегатам минералов, имеющих шероховатую, матовую поверхности скола (каолинит, гëтит, пиролюзит); зернистый излом – на поверхности излома отчетливо видны отдельные зерна, слагающие агрегат (хромит, магнетит); неровный излом – поверхность раскола неровная (апатит).

Твердость. Под твердостью минерала подразумевается степень его сопротивляемости внешним механическим воздействиям. Твердость определяется царапанием по свежей, невыветрелой поверхности испытуемого минерала другим минералом или предметом, твердость которых известна. Эталонами твердости приняты десять минералов, входящих в шкалу Мооса1:

Твердость минералов по шкале условно обозначена целями числами, не соответствующими действительной твердости указанных минералов. Так, например, твердость алмаза по шкале Мооса равна 10, кварца – 7, а талька – 1. На самом деле алмаз тверже талька в 3500 раз, а кварца – в 1150 раз.

Для определения твердости какого-либо минерала устанавливают, какой из эталонных минералов он царапает последним по порядку. Например, если исследуемый минерал оставляет царапину на кальците, но сам царапается флюоритом, то его твердость 3,5.

Относительную твердость минералов можно определить, не имея минералов, приведенных в шкале Мооса. Так, минералы с твердостью 1 – 2 чертятся ногтем, минералы с твердостью 3 царапаются медной монетой, 4 – царапаются железным гвоздем, 5,5 – 6 – стальным ножом, иглой.

Плотность. По плотности минералы делятся на три группы:

легкие – плотность менее 2-2,5 г/см3, (гипс, сера, галит); средние – плотность от 2,5 до 4,0 г/см3 (силикаты, карбонаты, кварц);

тяжелые – плотность более 4,0 г/см3 (барит, гематит, самородные металлы).

Для минералов, в состав которых входят тяжелые металлы, высокая плотность является существенным диагностическим признаком.

Кроме выше перечисленных свойств, некоторые минералы обладают

магнитностью, радиоактивностью, ковкостью и упругостью. Поваренная соль (NaCl)

обладает соленым вкусом; исландский шпат (CaCO3) имеет двойное лучепреломление.

1 Фридрих Моос (1773 – 1839) – немецкий минералог

23

Магнитность. Магнитность минерала определяется путем притягивания магнитом или его способностью воздействовать на магнитную стрелку компаса. Магнитностью обладают сравнительно небольшое количество минералов, в состав которых входят железо, кобальт, никель, марганец (магнетит, титаномагнетит, пирротин, железистая платина).

Кроме физических свойств минералов, для их определения в полевых условиях используются и некоторые химические свойства, к которым можно отнести: растворимость в воде (галит, сильвин), вскипание под действием разбавленной соляной кислоты (кальцит, доломит в тонком порошке) и др.

Лабораторная работа №3-4 Основы петрографии. Изучение горных пород по систематическим коллекциям

Первое занятие Тема: Магматические горные породы. Метаморфические горные породы

Второе занятие Тема: Осадочные горные породы

Цель: изучение горных пород по систематическим коллекциям, овладение навыками визуального определения горных пород

Оборудование: эталонные, рабочие, виртуальные коллекции горных пород; лупа, приложения III - IV (А-В).

Для занятий используются эталонные и рабочие коллекции горных пород. Исходным материалом служат учебные коллекции горных пород кафедры естественнонаучных дисциплин. В эталонных коллекциях каждый образец сопровождается специальной этикеткой, содержащей сведения о названии, составе и геологических условиях образования минералов. В рабочих коллекциях образцы горных пород представлены без описания.

Правила работы с коллекциями Эталонные коллекции предназначены для знакомства с минералами только по

их внешним признакам. Образцы из таких коллекций можно брать в руки, рассматривать под лупой и микроскопом, но нельзя раскалывать, определять их твердость физические свойства, испытывать химическими реактивами. Образцы из рабочих коллекций предназначены для практических испытаний.

В ходе выполнения темы «Петрография» студенты должны усвоить основные знания и понятия.

•Сущность понятия «горные породы». Понятие о магматических, осадочных и метаморфических горных породах.

•Классификация магматических горных пород:

-по содержанию кремнезема SiO2(кислые, средние, основные и ультраосновные);

-по условиям образования: интрузивные, субвулканические и жильные, эффузивные;

-по структуре, определяемой степенью кристалличности (полнокристаллические, скрытокристаллические – афанитовые, мелкокристаллические – мелкозернистые, среднекристаллические, крупнокристаллические, грубо - или гигантокристаллические);

-по текстуре – характеру расположения минеральных зерен и агрегатов в пространстве: (плотные, пористые, полосчатые, флюидальные, пятнистая);

-по степени вторичных изменений: палеотипные, кайнотипные.

• Классификация осадочных горных пород:

-по способу образования: обломочные, органогенные, хемогенные;

-по величине обломков (грубообломочные, песчаные, алевритовые), степени их окатанности (окатанные, неокатанные) и наличии или отсутствии цемента (сцементированные и рыхлые);

24

- классификации органогенных и хемогенных пород по химическому составу (карбонатные, сернокислые и галогенные, фосфатные и углеродистые (горючие);

• Классификация метаморфических горных пород по строению: массивные (зернистое строение), сланцеватые, зернисто-сланцеватые (кристаллические сланцы).

Умения и навыки, которые должен получить студент в результате выполнения лабораторной работы:

•диагностика магматических горных пород по цвету и окраске, текстуре (массивная, полосчатая, пятнистая и др.), структуре (порфировое, мелкозернистое среднезернистое, крупнозернистое, гиганто-зернистое, равномерно-зернистое и неравномерно-зернистое, графическое);

•диагностики осадочных горных пород по:

-составу осадка (обломочные, органогенные, хемогенные);

-цвету и окраске;

-текстуре (слоистая, полосчатая, массивная, пятнистая);

-структуре: обломочные (по форме и размерам), хемогенные (кристаллические или аморфные), органогенные (из целых раковин или детритусовые-перетертые);

• диагностика метаморфических горных пород по текстурным особенностям: сланцеватая, гнейсовая, полосчатая, волокнистая, очковая, плойчатая, беспорядочная, массивная.

Порядок работы

1.Совместная работа с преподавателем

1.1Знакомство со свойствами горных пород в последовательности: 1) строение, (структура и текстура), 2) твердость, 3) минералогический состав, 4) окраска и плотность.

1.2Диагностика 3-5 горных пород (с помощью рабочей коллекции горных пород и ключа к определителю (Музафаров, 1979, с. 163-164). Поочередно для каждой горной породы определяются и записываются в рабочую тетрадь свойства или диагностические признаки.

2.Самостоятельная работа студентов

2.1Диагностика горных пород с помощью рабочей коллекции и ключа к

определителю (Музафаров, 1979, с. 163-164), таблиц 1, 2, 3 классификации горных пород. Поочередно для каждой горной породы определяются и записываются в рабочую тетрадь диагностические признаки.

Следует помнить, что в рабочей тетради должны быть отражены записи по диагностике конкретного образца исследуемого в кабинете геологии.

Форма представления результатов выполнения лабораторной работы

1.Составляется классификация магматических, осадочных и метаморфических горных пород в виде таблицы на развернутых листах рабочей тетради (таблица 3.1,3.2, 3.3).

2.В рабочей тетради фиксируются результаты непосредственной диагностики горных пород, выполненные в кабинете геологии.

Схема описания магматической горной породы

1.Окраска – светлая, серовато-розовая.

2.Минеральный состав – преобладают розовый ортоклаз и кварц, присутствуют биотит и роговая обманка.

3.Структура – полнокристаллическая, неравномернозернистая.

4.Текстура – массивная с беспорядочным расположением минеральных зерен.

5.Происхождение – интрузивное.

6.Характерные особенности – наличие кварца, обилие полевых шпатов, бедность цветными минералами, отчетливая кристалличность, блестящий зернистый излом.

7.Название породы – гранит.

8.Происхождение – интрузивная магматическая порода.

25

Схема описания осадочной горной породы

1.Текстура – массивная.

2.Структура – кристаллическая.

3.Минеральный состав – кальцит, доломит.

4.Окраска – белая.

5.Характерные особенности – порода мягкая, минералы реагируют с соляной кислотой.

6.Название породы – известняк.

7.Происхождение – химический осадок.

Схема описания метаморфической горной породы

1.Текстура – массивная.

2.Структура – мелкозернистая.

3.Минеральный состав – кварц.

4.Окраска – розовая.

5.Характерные особенности – однородная, плотная, зернистая, большой твердости, спайность отсутствует, блестящая поверхность в изломе.

6.Название породы – кварцит.

7.Исходные породы – пески, песчаники скрепленные кремнеземом.

8.Происхождение – метаморфическое.

Порядок сдачи лабораторной работы:

1)Предоставляется рабочая тетрадь с аккуратно и полностью выполненными заданиям: - классификация магматических, осадочных и метаморфических горных пород в виде таблиц (таблицы 3.1; 3.2; 3.3); - результаты непосредственной диагностики горных пород, выполненные в кабинете геологии; - описание 10 горных пород;

2)Устный отчет с демонстрацией диагностических свойств горных пород непосредственно на образцах из рабочих коллекций;

3)Тестовое задание;

4)Характеристики горных пород.

Примерный перечень вопросов для тестирования по теме «Петрография».

1.Что такое горные породы?

2.Что такое породообразующие и акцессорные минералы?

3.Чем определяется структура горных пород?

4.Какие существуют виды структуры горных пород?

5.Что понимают под текстурой горной породы?

6.Какие виды текстуры выделяют?

7.Какой основной признак положен в основу классификации горных пород? 8.Какие магматические горные породы выделяют по происхождению?

9.Какие осадочные горные породы выделяют по происхождению?

10.Какие магматические горные породы выделяют по химическому составу?

11.Как влияет химический состав магматических пород на их окраску?

12.Какие магматические породы выделяют по глубине их образования?

13.Какая связь существует между глубиной образования магматических горных пород и их структурой?

14.Приведите примеры кислых магматических пород.

15.Приведите примеры средних магматических пород.

16.Приведите примеры основных магматических пород.

17.Приведите примеры ультраосновных магматических пород.

18.Какие группы осадочных горных пород выделяют по генезису?

19.Какие осадочные горные породы выделяют по размеру и форме их обломков?

20.Главные факторы метаморфизма.

26

Таблица 3.1 – Магматические горные породы

27

Таблица 3.3 – Осадочные горные породы

Обломочные породы

Теоретическая часть

Горными породами называются минеральные агрегаты определенного состава и строения, образовавшиеся в результате природных физико-химических процессов.

Минеральный и химический состав горных пород, строение и условия их залегания изучает раздел геологии – петрография. При изучении горных пород в петрографии используются полевые и лабораторные методы. Задача полевых петрографических исследований – установить минеральный состав горных пород, их структуру и текстуру, условия и характер залегания, взаимоотношения с окружающими породами. Лабораторные методы заключаются в детальном изучении минерального состава, определении качественных и количественных соотношений минералов в тонких срезах горных пород, называемых шлифами, под микроскопом; разделении минералов на различные фракции в тяжелых жидкостях или механическим и электромагнитным способами; дальнейшем изучении горных пород в целом или отдельных монофракций минералов с помощью минералогического, химического, спектрального, рентгеноструктурного, термического и других видов анализа.

В ходе данной лабораторной работы проводится первичная визуальная диагностика горных пород.

28

Горные породы сложены относительно небольшим числом минералов, иногда одним минералом. Соответственно различают мономинеральные (пример: мраморы, представляющие собой агрегат кристаллических зерен кальцита) и полиминеральные горные породы (пример: граниты, состоящие из кварца, калиево-натриевого полевого шпата и кислого плагиоклаза, а также биотита и роговой обманки).

Относительно небольшая группа минералов, слагающая основную, подавляющую часть массы горных пород и определяющая их химический состав, называется породообразующими минералами. Второстепенные минералы называются акцессорными минералами, или акцессориями. Кроме того, в породах, испытавших наложенные преобразования, выделяют наряду с первичными минералами вторичные,

или эпигенетические, минералы.

Важное классификационное и диагностическое значение имеют структура и текстура горных пород.

Структурой называются особенности внутреннего строения пород, определяемые формой, абсолютным и относительным размером слагающих их кристаллов, а текстурой – особенности сложения горных пород, определяемые взаимным расположением их составных частей, а также характером и способом заполнения занимаемого пространства минеральным веществом.

Следовательно, структура обозначает состояние минерального вещества, слагающего породы, размеры и форму кристаллических зерен или обломков, входящих в ее состав, их взаимоотношения. Наиболее распространенными структурами являются:

полнокристаллическая структура – порода полностью сложена кристаллическими зернами;

скрытокристаллическая (афанитовая) структура – кристаллы в породе различимы только под микроскопом; стекловатая структура – порода состоит из нераскристаллизовавшегося стекловатого вещества;

обломочная структура – порода состоит из обломков минералов и горных пород; порфировая структура – порода состоит из стекловатой или скрытокристаллической основной массы и отдельных кристаллов, называемых порфировыми вкраплениями.

Среди текстур различают следующие основные виды:

массивная текстура – в породе не наблюдается закономерной ориентации минералов; ориентированная текстура – минералы в породе располагаются параллельно

друг другу, ее разновидности:

слоистая текстура – порода состоит из слоев разного состава или структуры; сланцеватая текстура – порода имеет тонкую делимость,

обусловленную расположением в одном направлении чешуйчатых, листоватых минералов; полосчатая текстура – в породе наблюдаются полосы различного состава или окраски;

пористая текстура – в породе имеются пустоты и поры; миндалекаменная текстура – пустоты и поры в породе заполнены вторичными минералами;

такситовая текстура – в породе отдельные участки отличаются друг от друга по составу или структуре и др.

29

Изучение состава и строения горных пород позволяет определить условия их образования. В основу классификации горных пород положены генетические признаки. По происхождению породы подразделяются на три крупные естественные ассоциации: осадочные, магматические и метаморфические.

Осадочными породами называются горные породы, образующиеся на поверхности Земли за счет накопления и некоторого преобразования продуктов разрушения ранее существовавших пород, а также при химическом осаждении в водных бассейнах с участием или без участия организмов. Осадочные породы в объеме земной коры составляют не более 5 – 8 % и в то же время занимают около 75% площади земной поверхности.

Магматические, или изверженные, горные породы образуются в результате кристаллизации жидкого силикатного расплава, называемого магмой (или лавой). Когда магматический расплав застывает и кристаллизуется в земной коре, не достигнув ее поверхности, образуются интрузивные породы. Если магматический расплав, выброшенный при вулканических извержениях, застывает на поверхности, образуются

эффузивные, или излившиеся горные породы. Различают также группу жильных

магматических горных пород, образовавшихся при застывании магмы в трещинах земной коры. В земной коре магматические породы составляют 50% от ее объема.

Метаморфические горные породы образуются в результате преобразования (метаморфизма) исходных магматических или осадочных пород под воздействием температуры, давления и химически активных веществ. Метаморфические породы составляют около 45% от объема земной коры.

Классификация и описания горных пород приводятся в приложениях к лабораторной работе.

Лабораторная работа №5 Фации, генетические типы и формации отложений

Цель: определение фаций и описание условий их образования Оборудование: рабочая коллекция образцов горных пород, содержащих остатки

животных и растительных организмов; лупы 2-, 4-, 10-, и 20-кратные, скальпель, предметное стекло, 5; и 10% растворы соляной кислоты, сосуд с водой, иглы препарировальные, минералогический молоток; приложения V (А – Ж).

Порядок работы

Задание 1. В соответствии с вариантом задания по данным штуфам (образцам) определить фации и описать условия их образования:

1)коралловый известняк;

2)песчаник косослоистый, красной окраски;

3)известняк с остатками морских лилий и мшанок;

4)конгломерат;

5)мел с обломками раковин Gnoceramus;

6)известняк с раковинами Productus;

7)конгломерат из гальки фосфорита;

8)известняк с раковинами брюхоногого моллюска Planorbis;

9)торф;

10)каменная соль;

11)нуммулитовый известняк;

12)глинистый, углистый сланец с отпечатками папоротников;

13)грубозернистый песчаник с раковиннымдетритусом;

14)диатомит;

15)глинистый сланец с раковинами мелких тонкостенных пелеципод;

16)известняк, проточенный сверлящими моллюсками Pholas;

30