- •Инженерно-геологическая практика
- •Введение
- •Раздел 1. Минералы и горные породы
- •1.1. Минералы.
- •Элементарные сведения о минералах.
- •Классификация минералов
- •Порядок определения минералов по физическим свойствам и их описание.
- •1.2. Горные породы
- •I. Магматические горные породы
- •Щелочные (SiO2 55-60%)
- •Осадочные породы
- •Метаморфические горные породы
- •Магматические породы, их классификация, минералогический состав и применение.
- •2. Химические и органогенные породы.
- •3. Смешанного происхождения.
- •Галоидные и сульфатные породы.
- •Каустобиолиты.
- •Мергели.
- •Метаморфические горные породы.
- •Природные условия района проведения полевой инженерно-геологической практики
- •Общая характеристика района практики
- •Физико-географические условия
- •Гидрогеологическая характеристика.
- •Современные экзогенные процессы
- •Полезные ископаемые
- •Геоэкологические условия
- •4. Организация и проведение геологических маршрутов
- •Камеральные работы
- •Оформление и защита отчета
- •7. Основная литература к отчету о полевой практике по геологии
Классификация минералов
Количество минералов в земной коре превышает 2000, но только малая часть их из числа породообразующих, распространена широко. Это, прежде всего, обусловлено неравномерным распределением в земной коре различных химических элементов, входящих в состав минералов.
Исследования ученых показали, что главную роль в составе земной коры играет кислород, на долю которого приходится 49,13% (по весу). Далее следует кремний – 26%, алюминий – 7,45%, железо – 4,2%, кальций – 3,25%, натрий – 2,4%, магний – 2,35%, калий – 2,35% и водород – 1%. На долю всех остальных химических элементов приходится только 1,9%.
Все минералы по химическому составу подразделяются на несколько классов. Классы в свою очередь подразделяются на подклассы, а последние – на группы минералов. Ниже рассматриваются лишь немногие наиболее распространенные минералы по следующим классам: самородные элементы, сульфиды, галоидные соединения, окислы и гидроокислы, соли кислородных кислот (сульфаты, карбонаты, фосфаты, силикаты) и органические соединения.
Самородные элементы. К классу самородных элементов относится сравнительно небольшое количество минералов: алмаз, графит, сера, медь и некоторые другие элементы. Эти минералы не имеют широкого распространения и не являются породообразующими. Они возникают в различных геологических условиях и часть их характеризуется высокой устойчивостью в природных условиях. Каждый из самородных минералов состоит из одного химического элемента (таблица 3).
Окислы и гидроокислы. Минералы класса окислов распространены в природе очень широко и принимают большое участие в строении земной коры. Общее количество окислов в литосфере составляет около 17%. В том числе на долю кремнезема приходится 12,3%, на долю железа – 3,9%, остальную часть составляют окислы алюминия, марганца, хрома, титана, и других элементов.
Наиболее распространенными минералами класса окислов являются: кварц, магнетит, гематит, корунд, лимонит (табл. 3).
Сульфиды. Эти сернистые соединения тяжелых металлов с серой очень широко распространены и играют важную роль в народном хозяйстве, являясь рудными минералами. Многие сульфиды образуются путем непосредственного выделения из магмы, ее горячих растворов и при возгонах, реже возникают экзогенным путем и в процессе метаморфизма. Наиболее распространенные минералы из этого класса – пирит, халькопирит, галенит (табл. 3).
Галоидные соединения. К классу галоидных минералов относятся соединения хлористо-фтористо-йодистоводородных кислот. Количество этих минералов в природе невелико, однако они имеют широкое распространение и являются породообразующими. Галоиды распространены преимущественно в верхней части земной коры – в зоне проявления экзогенных процессов, представляют важное сырье для химической, пищевой промышленности и сельского хозяйства. Наиболее распространенными являются галит, сильвин, флюорит (табл. 1.3).
Таблица 1.3. Классификация, диагностика и применение минералов.
№ п.п. |
Наименование минерала. |
Внешние диагностические признаки. |
Применение. |
I. Самородные. |
|||
1. |
Графит С |
От железно-черного до стально-серого, черта черная, блеск металловидный, твердость 1, пачкает руки. |
Полиграфическая промышленность, карандаши, формовочный материал в металлургии, в реакторах, электродах, красках, смазке.
|
2. |
Сера S |
От желтой до серой и черной, блеск жирный, черты не дает, легко плавится и загорается, спайность несовершенная, специфический запах. |
Серная кислота, спички, порох, краски, в медицине, сельском хозяйстве.
|
II. Окислы и гидроокислы. |
|||
3. |
Кварц SiO2 |
От бесцветного до молочно-белого и черного, блеск стеклянный, твердость 7, излом неровный, раковистый. |
Радиотехника, оптика, поделочный камень (цветные разновидности), стекло, керамика, строительный материал.
|
4 |
Магнетит Fe3O4 |
Железно-черный, черта черная, блеск металловидный, магнитит, уд. вес 5, непрозрачен, излом неровный, твердость 6.
|
Руда железа. |
5 |
Гематит Fe2O3 |
От вишнево-красного до железно-черного и стально-серого, черта вишнево-красная, непрозрачен, блеск металловидный, уд. вес 5-5,3.
|
Производство охр, красок, руда железа. |
6 |
Лимонит Fe2O3·nH2O |
Охристо-желтый, от бурого до черного, черта бурая, блеск металловидный, уд. вес 4-4,5, излом неровный, землистый, образует натечные формы.
|
Химия, краски, руда железа. |
7 |
Корунд Al2O3 |
Голубовато-синевато-серый, твердость 9, уд. вес 4, блеск стеклянный, излом ровный ступенчатый.
|
Абразивные материалы, прозрачные разности – в ювелирном деле. |
III. Сульфиды. |
|||
8 |
Пирит FeS2 |
Белый и латунно-желтый, черта черная и зеленовато-черная, блеск металлический, уд. вес 5, твердость 6, спайность отсутствует.
|
Серная кислота, попутно источник элементов-примесей меди, цинка, золота, кобальта и др. |
9 |
Халькопирит CuFeS2 |
Латунно-желтый, с побежалостью синевато-фиолетовой и др., отличающей его от пирита, блеск металлический, уд. вес 4, твердость 3-4, черта черная с зеленоватым оттенком.
|
Руда меди. |
10 |
Галенит PbS |
Свинцово-серый, черта черная, блеск металлический, уд. вес 7,6, твердость 2-3, спайность весьма совершенная по кубу.
|
Руда свинца. |
IV. Галоиды. |
|||
11 |
Галит NaCl |
Соленый, черты не оставляет, блеск стеклянный, твердость 2, уд. вес 2,2, спайность весьма совершенная, излом ровный, легко растворяется.
|
Пищевая, химическая промышленность. |
12 |
Сильвин КСl |
Горько-соленый, черты не оставляет, блеск стеклянный, твердость 2, уд. вес – 1,9, спайность весьма совершенная, излом ровный, легко растворяется.
|
Производство удобрений, химия, медицина. |
13 |
Флюорит CaF2 |
Бледно-зеленый, голубоватый, фиолетовый, окраска исчезает при нагревании и появляется вновь при рентгенооблучении, блеск стеклянный, твердость 4, уд. вес 3, спайность совершенная, излом ровный.
|
Металлургия, химия (плавиковая кислота, фтористые соединения), керамическая промышленность (для изготовления глазури и эмалей). |
V. Карбонаты. |
|||
14 |
Кальцит (известковый шпат) CaCO3 |
Белый, бесцветный, черта бесцветная, блеск стеклянный, твердость 3, уд. вес 2,6-2,8, спайность весьма совершенная, излом ровный, обнаруживает двойное лучепреломление и явление люминесценции, вскипает с 10% НСl.
|
Цемент, известковые строительные растворы, оптика, химия, металлургия, полиграфическое производство, ювелирное дело, медицина. |
15 |
Доломит CaMg(CO3)2 |
Белый, серый с оттенками, блеск стеклянный, твердость 4, уд. вес 2,8-2,9, полупрозрачный, спайность совершенная, излом неровный, вскипает с 10% НСl в порошке.
|
Строительный и огнеупорный материал, металлургия (флюс), химия. |
16 |
Магнезит MgCO3 |
Белый, сероватый, пятнистый, черту не оставляет, блеск стеклянный, полупрозрачный, твердость 4-4,5, уд. вес 3, спайность совершенная, вскипает с горячей 10% НСl, внешне похож на мрамор.
|
Огнеупоры, особые сорта цемента, электротехническая, бумажная, сахарная, резиновая промышленность. |
17 |
Малахит CuCO3 Cu(OH)2 |
Зеленый, узорчато-полосчатый, черта бледно-зеленая, блеск от стеклянного до матового, непрозрачен, твердость 3,5-4, уд. вес 4, спайности нет, излом раковистый, дает натечные формы.
|
Поделочный камень, мелкие и землистые разности – в красочном производстве. |
18 |
Азурит (медная лазурь) 2CuCO3 Cu(OH)2 |
Голубой до темно-синего, черта голубая, блеск стеклянный, в тонком срезе слабо просвечивает, твердость 3,5-4, уд. вес 3,8, спайность средняя, излом неровный зернистый.
|
Руда меди. |
VI. Сульфаты. |
|||
19 |
Гипс CaSO4·2H2O |
Бесцветен с оттенками, черта белая, блеск от стеклянного до матового, твердость 2, уд. вес 2, спайность весьма совершенная, излом ровный, ступенчатый, зернистый, занозистый.
|
Производство вяжущих материалов, поделка, лепка, лакокрасочная промышленность, медицина. |
20 |
Ангидрит CaSO4 |
Белый с голубоватым, синеватым, розоватым оттенками, черты не дает, блеск от стеклянного до алмазного, твердость 3, уд. вес 3, спайность совершенная, хрупкий, в изломе образует зернистую неровную поверхность.
|
Вяжущие вещества, серная кислота, хорошие разности – поделочный камень. |
VII. Фосфаты. |
|||
21 |
Апатит Ca5(PO4)3[F, Cl] |
Белый с оттенком, черты не оставляет, блеск стеклянный, полупрозрачный, твердость 5, уд. вес 3,2, излом неровный, зернистый.
|
Удобрения, фосфорная кислота, в оптическом и керамическом производстве. |
VIII. Силикаты. |
|||
22 |
Оливин [Mg, FeJ2·SiO4] |
Желтый, зеленоватый, прозрачный, черты не дает, блеск стеклянный, твердость 6,6-7, уд. вес 3,3-3,5, спайность слабая, хрупкий.
|
Огнеупорный кирпич, ювелирное дело. |
23 |
Пероксен-авгит Ca(Mg, Fe, Al)[(SiAl)2C6] |
Черный, блеск стеклянный, черта белая, твердость 5-6, уд. вес 3,2-3,6, спайность средняя, кристаллы изометрической формы, образует зернистые массы.
|
Составляет большую часть основных магматических пород, используемых в строительном деле в виде щебня, камня, каменного литья (базальт), поделочного материала (габбро).
|
24 |
Роговая обманка (группа амфиболов) |
Черная, темно-бурая, темно-зеленая, черта белая, зеленоватая, блеск стеклянный, твердость 5,5-6, уд. вес 3,3, спайность совершенная, образует удлиненные призматические или игольчатые кристаллы.
|
Входит в состав магматических и метаморфических пород, используемых как строительный камень и щебенка. |
25 |
Тальк (мыльный камень) Mg3[Si4O10](OH)2 или 3MgO·4SiO2·H2O |
Бледно-зеленый, белый, черта белая, блеск жирный, стеклянный с перламутровым отливом, твердость 1, уд. вес 2,7-2,8, спайность весьма совершенная.
|
Медицина, химия, красочная, электротехническая, полиграфическая промышленность. |
26 |
Мусковит (калиево-алюминиевая слюда) K·Al2[Al·Si3O10][OH]2 |
Бесцветен, прозрачен, черты не оставляет, блеск стеклянный, спайность весьма совершенная, твердость 2-3, уд. вес 3. |
Радио- и электропромышленность. Слюдистый порошок идет для изготовления огнестойких строительных материалов, красок, керамики.
|
27 |
Биотит (магниево-железистая слюда) K(Mg,Fe)3[Si3AlO10][OH,I]2 или K2O·6[Mg,Fe]·O·Al2O3· ·6SiO2·2H2O
|
Черно-бурый, черный, непрозрачный или полупросвечивает, блеск стеклянный, твердость 2-3, уд. вес 3, спайность весьма совершенная.
|
Электроизолирующий материал. |
28 |
Серпентин (змеевик) 3MgO·2SiO2·2H2O или Mg6[Si4O10][OH]8 |
Темно-зеленый, буровато-зеленый, черта бледно-зеленая, блеск жирный или матовый, твердость 2,5-3, уд. вес 2,6, спайность проявляется слабо, нередки прожилки асбеста и зеркала скольжения.
|
Облицовочный камень. |
29 |
Асбест (горный лен) 3MgO·2SiO2·2H2O |
Зеленовато-желтый, золотистый, блеск шелковистый, твердость 2-3, уд. вес 2,6-2,8, спайность весьма совершенная, волокнистый, длина волокон иногда достигает 160 мм, высокая прочность на разрыв (соизмерима стали).
|
Асбоцементные изделия (трубы, плиты, черепица и т. д.), огнеупорные ткани, радио и электропромышленность. |
30 |
Каолинит Al4[Si4O10][OH]8 |
Белый с оттенками, блеск матовый, твердость 1, уд. вес 2,6, жирный на ощупь, землистый, жадно поглощает воду, мокрый очень пластичен.
|
Керамика, фарфор, строительное дело, бумажное и красочное производство. |
31 |
Лабрадор Ab50·An50 – Ab30·An70 |
Темно-серый с голубовато-сиреневым отливом, черты не дает, блеск стеклянный, твердость 6, уд. вес 2,6, спайность совершенная, излом ровный ступенчатый.
|
Поделочный и облицовочный камень. |
32 |
Ортоклаз (калиевый полевой шпат) K(Al·Si3·O8) |
Светло-розовый, черты не дает, блеск стеклянный, твердость 6, уд. вес 2,6, спайность совершенная, излом ровный ступенчатый, просвечивает по краям.
|
Стекольная и керамическая промышленность. |
IX. Органические соединения. |
|||
|
Нефть, асфальт, озокерит, торф, уголь бурый и каменный, антрацит. |
- |
Топливное, химическое производство, асфальт – в строительстве.
|
Соли кислородных кислот. Под этим названием рассматриваются классы минералов следующих кислородных солей: угольной (карбонаты), серной (сульфаты), фосфорной (фосфаты) и кремниевой (силикаты) кислот.
Карбонаты. Минералы класса карбонатов встречаются в природе очень часто и широко распространены преимущественно в верхней части литосферы. Они характеризуются рядом присущих им особенностей: имеют невысокую твердость, обычно не более 5, высокое двупреломление и реагируют с соляной кислотой – “вскипают”. При действии 5% – 10%-ным раствором соляной кислоты реакция идет следующим образом:
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + 2H2CO3 ;
H2CO3 = H2O + ↑CO2 .
Интенсивность реакции у разных минералов различная и зависит от степени измельчения минерала и температуры соляной кислоты. Среди минералов этого класса можно выделить безводные и водные карбонаты. Наиболее распространенными из них являются безводные – кальцит, арагонит, доломит, магнезит, сидерит и водные – малахит и азурит (табл. 3).
Сульфаты. Минералы класса сульфатов представляют собой соли серной кислоты. Они пользуются большим распространением и часто встречаются в природе, однако число устойчивых и широко распространенных минералов этого класса сравнительно невелико. К их числу относятся: гипс, ангидрит и другие (табл. 3).
Фосфаты. К этому классу относится небольшое количество минералов, представляющих собой соединения ортофосфорной кислоты H3PO4. Эти минералы играют важную роль как породообразующие и имеют большое значение для сельского хозяйства, где они используются в качестве удобрений. Среди них наиболее распространенным является апатит (табл. 3).
Силикаты. Из всех известных в настоящее время минералов силикаты являются наиболее распространенными. Они составляют около 75% вещественного состава земной коры. Ими образована большая часть изверженных, осадочных и метаморфических горных пород, многие из них являются ценным минеральным сырьем, без которого невозможно развитие многих отраслей современной промышленности и техники. Состав большинства силикатов является очень сложным – они представляют соли кремнистых кислот:
ортосиликаты – соли кислоты H4SiO4
метасиликаты – соли кислоты H2SiO3
пиросиликаты – соли кислоты H6SiO7
Нами приводится описание лишь наиболее распространенных силикатов (табл. 3).
Полевые шпаты. являются наиболее распространенными минералами из группы силикатов, они образуют свыше 50% вещественного состава земной коры (по весу), что составляет около 60% массы изверженных пород; 30% –метаморфических и 12% – осадочных. Главнейшими полевыми шпатами являются плагиоклазы – натриево-кальциевые и ортоклаз-калиевый полевой шпат (табл. 3).
Плагиоклазы (натриево-кальциевые полевые шпаты) представляют собой ряд изомерных смесей твердых растворовх) двух составляющих частей: альбитовой (Ab) – Na(AlSi3O8) и анортитивой (An) – Ca(Al2Si2O8). В природе существуют все разновидности непрерывно меняющегося состава изоморфного ряда – от альбита Ab до анортита An. Отдельные разности плагиоклазов в изоморфном ряду распределяются так:
Ab, % An, %
Альбит…………………………… 10-90 0-10
Олигоклаз……………………….. 90-70 10-30
Андезин…………………………. 70-50 30-50
Лабрадор……………………….... 50-30 50-70
Битовнит……………………….... 30-10 70-90
Анортит…………………………. 10-0 90-100
х) Изоморфизм – свойство элементов заменять друг друга в химических соединениях родственного состава. Явление изоморфизма свойственно твердым растворам.
Таким образом, содержание кремнекислоты в плагиоклазах неодинаковое и уменьшается от альбита к анортиту. На этом основании все плагиоклазы делятся на кислые (альбит, олигоклаз), включающие от 0 до 30% изоморфной примеси анортита, средние (андезин) – с изоморфной примесью анортита от 30 до 60% и основные (лабрадор, битовнит, анортит), в которых анортит составляет 60-100%.
В плагиоклазах всегда содержится некоторое количество примесей K2O, BaO, SrO, FeO, Fe2O3 и других соединений.
Физические свойства. Цвет плагиоклазов белый, серовато-белый, иногда слегка зеленоватый, черта белая, блеск стеклянный, все они просвечивают по краям, твердость 6-6,5, удельный вес 2,6, спайность совершенная, излом ступенчатый ровный. Встречаются в виде сплошных масс, представляющих собой зернисто-кристаллические породы, наблюдаются в виде друз и агрегатов.
Исходя из особенностей оптических свойств, выделяются следующие разновидности плагиоклазов: 1) лунный камень – кислый плагиоклаз, обладает нежным серебристо-синеватым отливом, напоминающим лунный свет; 2) авантюрин или солнечный камень – кислый плагиоклаз, обладает красноватым, искристо-золотистым отливом; 3) лабрадор – средний или основной плагиоклаз, обнаруживает на плоскостях спайности переливающийся фиолетовый отсвет, иризацию.
Происхождение. Магматогенное (образуется при кристаллизации кислой магмы, богатой кальцием и натрием в интрузиях и жилах) и метаморфогенное (в процессе регионального метаморфизма при образовании кристаллических сланцев). В строительном деле наиболее широко из плагиоклазов применяется лабрадор (табл. 3).
Органические соединения. Органические соединения отличаются от неорганических своим происхождением, химическим составом, физическими свойствами и кристаллическим строением. Основными среди них являются: нефть, асфальт, озокерит, антрацит, каменный и бурый угли и торф, которые рассматриваются в составе горных пород.