Химический состав минералов. Классы минералов

Минералы – это природные ассоциации (химические соединения) молекул, обладающие относительно постоянным составом образующих их химических элементов и определенной структурой. Имеется много разных определений понятия «минерал». Большинство исследователей относит к минералам лишь твердые образования, но Вернадский, Усов и некоторые др. специалисты считали, что минералы могут быть также жидкими и газообразными. Наука о минералах – минералогия – является одной из древнейших отраслей геологических знаний.

Из всех свойств минералов можно выделить физические и химические. К физическим от­носятся оптические, механические, электрические, магнитные, теплофизические свой­ства и плотность. К химическим свойствам отнесем степень реакционной способности минералов, особенности их взаимодействия с различными реагентами, растворимость. Есть и такие свойства минералов, которые можно назвать физико-химическими (на­пример, характер смачиваемости его зерен и кристаллов, удельная энергия поверхно­сти).

Среди минералов нет химически чистых веществ . В их структуру входят различные химические примеси. В одних минералах количество таких примесей незначительно, мы называем их минералами постоянного состава. Таковы, например, кварц, галит КаС1 (его чистота обычно не менее 99,9%). Другие минералы содержат разные (от незначитель­ных до больших) количества химических примесей. Так, в разных образцах сфале­рита количество примеси железа колеблется от 0 до 20 ат.%. Такие минералы называют минералами переменного состава, и главная причина их существования - явление изоморфизма. Изоморфизмом называется явление замены в кристаллической решетке минерала одних химических элементов другими.

Важнейшими характеристиками минералов являются кристаллохимическая структура и состав. Все остальные свойства минералов вытекают из них или с ними взаимосвязаны. Важнейшие свойства минералов , являющиеся диагностическими признаками и позволяющие их определять, следующие:

· Габитус кристаллов. Выясняется при визуальном осмотре, для рассматривания мелких образцов используется лупа

· Твердость. Определяется по шкале Мооса

· Блеск - световой эффект, вызываемый отражением части светового потока, падающего на минерал. Зависит от отражательной способности минерала.

· Спайность - способность минерала раскалываться по определённым кристаллографическим направлениям.

· Излом - специфика поверхности минерала на свежем не спайном сколе.

· Цвет - признак, с определённостью характеризующий одни минералы (зелёный малахит, синий лазурит, красная киноварь), и очень обманчивый у ряда других минералов, окраска которых может варьировать в широком диапазоне в зависимости от наличия примесей элементов-хромофоров либо специфических дефектов в кристаллической структуре (флюориты, кварцы,турмалины).

· Цвет черты - цвет минерала в тонком порошке, обычно определяемый царапанием по шершавой поверхности фарфорового бисквита.

· Магнитность - зависит от содержания главным образом двухвалентного железа, обнаруживается при помощи обычногомагнита.

· Побежалость - тонкая цветная или разноцветная плёнка, которая образуется на выветрелой поверхности некоторых минералов за счёт окисления.

· Хрупкость - прочность минеральных зёрен (кристаллов), обнаруживающаяся при механическом раскалывании. Хрупкость иногда увязывают или путают с твёрдостью, что неверно. Иные очень твёрдые минералы могут с лёгкостью раскалываться, то есть быть хрупкими (например, алмаз)

Эти свойства минералов легко определяются в полевых условиях. К другим свойствам минералов относятся, например, оптические свойства: Преломление, Дисперсия и Поляризация, которые характеризуются их оптическими константами: показатель преломления, угол между оптическими осями, оптический знак кристалла, ориентация оптической индикатрисы и др.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Геология и её разделы: минералогия, петрография, историческая геология, тектоника, инженерная геология, гидрогеология

Геология наука о составе строении и закономерностях развития Земли других планет Солнечной системы и их естественных спутников... В процессе развития и углубления специализации в геологии сформировался ряд... Минералогия раздел геологии изучающий минералы вопросы их генезиса квалификации...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Твитнуть

Все темы данного раздела:

Происхождение, форма и строение планеты Земля. Геосферы.
Земля – третья от Солнца планета Солнечной системы, крупнейшая по диаметру, массе и плотности среди планет земной группы. Научные данные указывают на то, что Земля образовалась из

Внутреннее строение Земли.
Ядро –центральная область. Ограниченная сферической поверхностью, средний радиус которой равен 3470 км. Ядро обладает повышенной плотностью, электропроводностью, пониженной скорост

Температурный режим верхней части земной коры.
Земная кора находится под воздействием внутренних и внешних источников теплоты. Внутренняя теплота Земли связана с выделением тепла из ядра и мантии, вследствие распада радиоактивных элементов (ура

Понятие минерал. Происхождение минералов. Минералы магматических горных пород.

Понятие минерал. Минералы осадочных горных пород. Искусственные минералы.
Минералы –это природные ассоциации (химические соединения) молекул, обладающие относительно постоянным составом образующих их химических элементов и определенной структурой. Имеетс

Магматические горные породы
Интрузивные Эффузивные Главные минералы Кол-во кварца, % Цветное число, % Полно-кристал-ли

Формы залегания магматических пород
9. Осадочные горные породы: происхождение, классификация, формы залегания в земной ко

Обломочные осадочные горные породы
Группы пород и размеры обломков, мм Рыхлые Сцементированные Минеральный состав обломки остроуголь-ные обло

Хемогенные и биогенные осадочные породы
Название пород Главные минералы Хемогенные (химические) Биогенные (биохимические) Структура

Метаморфические горные породы
Типы метамор- физма Исходные породы Региональный Контактный зона низких tº и p зона средних tº

Абсолютный и относительный возраст горных пород. Метод определения возраста горных пород. Шкала геологического времени.
Геологический возраст горных пород бывает абсолютный и относительный. Абсолютный геологический возраст (время, прошедшее с момента образования горной породы) опред

Абсолютный возраст горных пород
Термин «абсолютный» считается устаревшим. Ряд исследователей дают другие названия: ядерная геохронология, прикладная геохронология, изотопная геохронология, например геохронология по данным абсолют

Относительный возраст горных пород
Используется Палеонтологический метод Научный геохронологический метод, определяющий последовательность и дату этапов развития земной коры и органического мира, возник в конце XVIII в., ко

Шкала геологического времени
Эра, продолжительность, млн. лет Период, продолжительность, млн. лет Время начала периода, млн.лет Главнейшие особенности органического мира.

Виды карт.
Помимо собственно геологических карт в зависимости от содержания и предназначения выделяют также: · карты четвертичных отложений · тектонические и неотектонические карты

Тектонические движения земной коры. Складки, трещины и разрывы в земной коре.
Тектоническими нарушениями называются перемещения вещества земной коры под влиянием процессов, происходящих в более глубоких недрах Земли. Эти движения вызывают тектонические наруш

Шкала магнитуд
Шкала магнитуд различает землетрясения по величине магнитуды, которая является относительной энергетической характеристикой землетрясения. Существует несколько магнитуд и соответственно магнитудных

Шкалы интенсивности
Интенсивность является качественной характеристикой землетрясения и указывает на характер и масштаб воздействия землетрясения на поверхность земли, на людей, животных, а также на е

Шкала Рихтера
Рихтер предложил для оценки силы землетрясения (в его эпицентре) десятичный логарифм перемещения (в микрометрах) иглы стандартного сейсмографа Вуда-Андерсона, расположенного на расстоянии не более

Магнитуда поверхностных волн
Эти шкалы плохо работают для самых крупных землетрясений - при M ~ 8 наступает насыщение.

Сейсмическое районирование и микрорайонирование.
Сейсмическое районирование - направление сейсмологии, задача которого состоит в оценке потенциальной сейсмической опасности, выраженной в максимальной возможной интенсивности земле

Рельеф поверхности Земли и его связь с тектоническими движениями.
Рельеф -совокупность неровностей поверхности суши, дна океанов и морей, многообразных по очертаниям, размерам, происхождению, возрасту и истории развития. Формымог

Виды воды в горных породах (грунтах) и их влияние на состояние и свойства горных пород.
Основными видами воды в горных породах являются: а) вода в твердом состоянии. Эта вода распространена в зонах многолетнемерзлых пород в виде кристаллов, ж

Физически связанная вода
Существование физически связанной воды обусловлено наличием на поверхности минеральной частицы слабого отрицательного заряда. Благодаря дипольному строению, молекулы воды притягиваются к поверхност

Химически связанная вода
Химически связанная вода принимает участие в строении кристаллической решетки в виде молекулы (Н2О), гидроксила (ОН-), водорода (Н+) и оксания (Н3О+). Подра

Понятие подземные воды. Происхождение подземных вод.
К подземным водам относят всю воду, находящуюся ниже земной поверхности в любом физическом состоянии, включая и химически связанную воду. Вместе с поверхностными водами (реки, озер

Физические свойства подземных вод
Подземные воды – это сложные химические растворы, содержащие ионы (макро- и микрокомпоненты), разнообразные газы, коллоиды, органические вещества. В подземных водах практически всегда присутствуют

Основные факторы формирования химического состава подземных вод
Химический состав подземных вод формируется в условиях, резко отличных от поверхностных вод. Ведущую роль здесь играют геологические и гидрогеологические факторы. Состав подземных

Безнапорные грунтовые воды и их изображение на картах и разрезах.
Грунтовые безнапорные воды - это подземные воды, находящиеся выше первого водонепроницаемого слоя пород. Основным источником их образования являются атмосферные осадки. Уровень так

Напорные воды и их изображение на картах и разрезах.
Напорные (артезианские) воды находятся между двумя водоупорными пластами. При устройстве котлована такие воды поднимаются выше того уровня, на котором они находились. Напо

Основной закон фильтрации - закон Дарси. Скорость фильтрации и действительная скорость подземных вод.
Подземные воды находятся в постоянном движении. Они передвигаются в основном путем инфильтрации и фильтрации. Под инфильтрацией понимают движение воды при частичном заполн

Коэффициент фильтрации и методы его определения.
Одним из основных фильтрационных параметров является коэффициент фильтрации Кф – это скорость фильтрации при напорном градиенте I = 1. Коэффициент фильтрации определяется

Приток воды к водозаборным сооружениям.
Водозаборы - это сооружения, с помощью которых происходит захват (забор) подземных вод для водоснабжения, отвод их с территорий строительства или просто в целях понижения уровней г

Выветривание горных пород, его виды. Продукты выветривания. Элювий, вертикальная зональность.
Выветривание - разнообразные процессы разрушения и изменения горных пород и осадков, происходящие на земной поверхности и вблизи нее под воздействием физических, химических и орган

Геологическая деятельность ветра. Эоловые отложения, их состав и форма залегания.
Под геологической работой ветра подразумевают изменение по­верхности Земли, связанное с механическим воздействием на горные породы движущихся воздушных масс атмосферы. Ветер может

Плоскостная эрозия. Делювий, его состав и форма залегания.
Под плоскостной (поверхностной) эрозией понимают равномерный смыв материала со склонов, приводящий к их выполаживанию. С некоторой долей абстракции представляют, что этот процесс о

Образование и рост оврага. Борт, тальвег и другие элементы оврага. Понятие базиса эрозии.
Овраг - форма рельефа в виде относительно глубоких и крутосклонных незадернованных ложбин, образованных временными водотоками. Овраги возникают на возвыше

Селевые потоки. Пролювий.
Под селевым потоками подразумевают бурные горные потоки, состоящие из воды, сильно насыщенной твердыми материалами (скальные обломи, грунтовые массы, щебень и др.), движущейся с бо

Снежные лавины. Противолавинные мероприятия и сооружения.
Снежная лавина – пришедшие в движение на склоне, скользящие и низвергающиеся снежные массы. Естественно возникает в определённых условиях рельефа и растительности при нарушениях ус

Предотвращение возникновения разрушительных лавин
К активным методам противолавинной защиты относят мероприятия, направленные на инициирование схода лавин, чтобы последствия этого были минимальными. Для этих целей издавна применялась стрельба из а

Геологическая деятельность рек. Эрозия донная и боковая. Понятие базиса эрозии. Продольный и поперечный профиль речной долины.
Реки производят огромную эрозионную, переносную и аккумулятивную работу. С момента образования река стремится выработать профиль равновесия, приближающийся к уровню бассейна, в кот

Аллювиальные отложения рек, их состав, мощность. Аллювий русловой, пойменный и старичный.
Аллювий - генетический тип континентальных отложений, образу­ющихся при отложении в речных долинах материала, переносимого постоянными водными потоками. Аллювиальные отложения пред

Геологическая деятельность моря.
Мировой океан, включающий все моря и океаны, занимает боль­шую часть поверхности Земли. Геологическая деятельность моря пред­ставляет комплекс взаимосвязанных процессов разрушения (абразии) берегов

Геологическая деятельность ледников. Ледниковые и водноледниковые отложения.
Ледники –естественные значительные массы льда, сформировав­шиеся принакоплении и преобразовании снега, существующие длительное время и находящиеся в движении. Условиями образования

Осыпи и обвалы на склонах. Меры борьбы с ними.
Осыпь - скопление на склонах гор и скал камней, а также скопление обломков горных пород различного размера на склонах или у подножий гор и холмов. Состоят из слабо отсорти

Меры борьбы с обвалами и осыпями
Виды и назначения мероприятий определяются: 1)характером, объемами и повторяемостью обвалов и осыпей, 2) объемом защиты – дорога, населенный пункт, промышленный объект, освоение земли и др., 3) тех

Оползни. Геологические условия и причины образования оползней. Меры борьбы с оползнями.
Оползень - сползание и отрыв масс горных пород вниз по склону под действием силы тяжести. Оползни возникают на склонах долин или речных берегов, в горах, на берегах морей,

Как действовать при оползне
При получении сигналов об угрозе возникновения оползня отключите электроприборы, газовые приборы и водопроводную сеть, приготовьтесь к немедленной эвакуации по заранее разработанным планам. В завис

Действия после смещения оползня
После смещения оползня в уцелевших строениях и сооружениях проверяется состояние стен, перекрытий, выявляются повреждения линий электро-, газо-, и водоснабжения. Если вы не пострадали, то вместе со

Истинные плывуны
Часто плывунные свойства проявляют пылеватые пески и супеси, насыщенные водой, содержащие в большом количестве очень мелкие частицы (глинистые и коллоидные), которые начинают играть роль смазывающе

Ложные плывуны
Ложный плывун - мелкий пористый песок, насыщенный водой. Поскольку пласт находится на глубине, вода в порах плывуна находится под давлением больше атмосферного. При вскрытии пласт обнажается, и вод

Сезонная мерзлота и процесс пучения с ней связанный. Пучинистые грунты. Меры борьбы с пучением.
Сезонная мерзлота- промерзание почвогрунтов за холодный сезон года, в том числе с образованием ледяных включений, которые оттаивают за лето. Пучинистые явления

Инженерно-геологические изыскания для строительства, их цель, задачи и методы.
Изыскания бывают разными в зависимости от вида строительства. Например, бывают инженерно-геологические изыскания для зданий I и II уровней ответственности: жилых домов, офисных цен

Курс лекций

Кристаллическое вещество и его строение

Кристаллы - твердые тела имеющие многогранную форму, а слагающие их частицы (атомы, молекулы, ионы) расположены закономерно. Поверхность кристаллов ограничена плоскостями, которые носят название граней. Места соединения граней называются рёбрами, точки пересечения которых называются вершинами или углами. Грани, рёбра и вершины кристаллов связаны зависимостью: число граней + число вершин = число рёбер + 2. В большинстве случаев кристаллические вещества не имеют ясно огранённой формы, хотя и обладают закономерным внутренним кристаллическим строением. Установлено, что кристаллы построены из материальных частиц - ионов, атомов или молекул, геометрически правильно расположенных в пространстве.

Свойства кристаллических веществ. Основные свойства следующие:

Анизотропность (т.е. неравносвойственность). Анизотропными называются такие вещества, которые имеют одинаковые свойства в параллельных направлениях и неодинаковые - в непараллельных. Различные физические свойства кристаллов, такие, как теплопроводность, твердость, упругость, распространение света и др., изменяются с изменением направления. В противоположность анизотропным, изотропные тела имеют одинаковые свойства во всех направлениях.

Способность самоограняться. Этой специфической особенностью обладают только кристаллические вещества. При свободном росте кристаллы ограничиваются плоскими гранями и прямыми рёбрами, принимая многогранную форму.

Симметрия. Симметрией называется закономерная повторяемость в расположении предметов или их частей на плоскости или в пространстве. Все кристаллы являются телами симметричными

Строение кристаллической решётки. Материальные частицы (атомы, ионы, молекулы) в кристаллическом веществе размещаются не хаотично, а в определённом строгом порядке. Они расположены параллельными рядами, причём расстояния между материальными частицами этих рядов одинаковы. Эта закономерность в строении кристаллов выражается геометрически в виде пространственной решётки, являющейся как бы скелетом вещества.

Представить пространственную решётку можно как бесконечно большое число одинаковых по форме и размеру параллелепипедов, сдвинутых относительно другого и сложенных так, что они выполняют пространство без промежутков. Вершины параллелепипедов, в которых находятся атомы, ионы или молекулы, называются узлами пространственной решётки, а прямые линии, проведённые через них, - рядами. Любая плоскость, которая проходит через три узла пространственной решётки (не лежащих на одной прямой), называется плоской сеткой. Элементарный параллелепипед, в вершинах которого находятся узлы решётки, носит название ячейки данной пространственной решётки.

Таким образом, кристаллическое вещество имеет строго закономерное (ретикулярное) строение.

Физические свойства минералов, как отражение их внутреннего строения. Все важнейшие свойства кристаллических веществ являются следствием их внутреннего закономерного строения. Так, например, анизотропность кристаллов можно легко уяснить, если вести измерение каких-либо свойств в различных направлениях. Особенно чётко анизотропия выявляется в оптических свойствах кристаллов, на чём основан один из важнейших методов их изучения, применяемый в минералогии и петрографии.

Способность кристаллов самоограняться также является естественным следствием их внутреннего строения. Грани кристаллов соответствуют плоским сеткам, рёбра - рядам, а вершины углов - узлам пространственной решётки. Пространственная решётка имеет бесконечное множество плоских сеток, рядов и узлов. Но реальным граням могут соответствовать лишь те плоские сетки решётки, которые имеют наибольшую ретикулярную плотность, т.е. на которых на единицу площади будет приходиться наибольшее число составляющих её частиц (атомов, ионов). Таких плоских сеток сравнительно немного, отсюда и кристаллы имеют вполне определённое число граней.

Структура кристалла, т.е. расположение в нём отдельных частиц, является симметричной. Следовательно и сам кристалл будет обладать плоскостями и осями симметрии.

Образование и рост кристаллов. Кристаллы возникают при переходе вещества из любого агрегатного состояния в твёрдое. При этом частицы могут оказаться относительно друг друга в беспорядочном положении или может возникнуть закономерность их расположения. В первом случае мы будем иметь аморфное вещество, а во втором кристаллическое.

Кристаллы могут образовываться при переходах вещества из газообразного состояния в твёрдое, из жидкого в твёрдое и из твёрдого в твёрдое.

Образование кристаллов серы, нашатыря, борной кислоты и др. происходит при охлаждении газов в кратерах вулканов и фумаролах. Наиболее обычным примером является образование снега.

Особенно широко распространено в природе и технике образование кристаллов при переходе вещества из жидкого состояния в твёрдое. Здесь надо различать два случая образования кристаллов: из расплава и из раствора. Примером первого случая является кристаллизация магмы. Магма - огненно - жидкий силикатный расплав, содержащий различные химические соединения, в том числе и газы. При медленном остывании магмы образуется множество центров кристаллизации, кристаллы растут, мешая друг другу, и в результате образуется кристаллическая зернистая порода.

Примерами образования кристаллов из растворов могут служить образование льда и выпадение различных солей.

При переходе из твёрдого состояния в твёрдое следует отметить два случая. При одних процессах кристаллическое вещество может образовываться из аморфного. Так, с течение времени закристаллизовываются стёкла и содержащие стёкла вулканические породы. Другой процесс - перекристаллизация: структура одних веществ разрушается и образуются новые кристаллы с иной структурой. Все метаморфические породы являются в той или иной степени перекристаллизованными. Под влиянием температуры, давления и других факторов известняк переходит в мрамор. Явление перекристаллизации широко распространено в природе.

Рост кристаллов. Маленькие кристаллики обычно имеют большое число граней, но в процессе роста некоторые грани зарастают. Нормали к граням есть направления их роста, т.е. в процессе роста грани перемещаются параллельно самим себе. Не все грани растут с одинаковой скоростью. Те из них, которые растут быстрее, уменьшаются в размерах и могут исчезнуть, поэтому форма кристалла в процессе его роста изменяется.

Иногда встречаются так называемые зональные кристаллы. Зональность их может быть обусловлена перерывами в кристаллизации или какими-либо примесями и окрашивающими веществами, которые присутствовали в определённые моменты кристаллизации.

Виды симметрии. Классификация кристаллов по виду симметрии. Симметрия есть закономерная повторяемость в расположении предметов или их частей на плоскости или в пространстве. В природе симметрия проявляется в большом разнообразии и особенно характерна для кристаллов. Она является их важнейшим и специфическим свойством, отражающим закономерность внутреннего строения.

Рассмотрим элементы симметрии.

Плоскость симметрии. Это воображаемая плоскость, которая делит фигуру на две равные части так, что одна из частей является зеркальным отражением другой. Плоскость симметрии обозначается буквой Р. Если плоскостей симметрии в данном кристалле несколько, то перед обозначением плоскости ставится их число, например - 3Р, три плоскости симметрии. В кристаллах могут быть одна, две, три, четыре, пять, шесть, семь и девять плоскостей симметрии. Многие кристаллы вообще не имеют ни одной плоскости симметрии.

Центр симметрии. Центром симметрии называется такая точка внутри фигуры, при проведении через которую любая прямая встретит на равном от ней расстоянии одинаковые и обратно расположенные части фигуры. Центр симметрии обозначается буквой С (или i). Если каждая грань кристалла имеет себе равную, хотя и обратно расположенную грань, то данный кристалл обладает центром симметрии. Некоторые кристаллы могут не иметь центра симметрии.

Оси симметрии. Осью симметрии называется воображаемая прямая, при повороте вокруг которой всегда на один и тот же угол происходит совмещение равных частей фигуры. При повороте на 360° совмещение граней в разных кристаллах возможно два, три, четыре или шесть раз (т.е. при каждом повороте на 180, 120, 90 и 60°). Ось симметрии обозначается буквой L, порядок оси показывает, сколько раз при повороте на 360° произойдёт совмещение каждой из граней. Так в кристаллах возможны оси второго L 2 , третьего L 3 , четвёртого L 4 и шестого L 6 порядков. Оси симметрии L 3 , L 4 , L 6 называются осями симметрии высшего порядка. Оси симметрии питого и выше шестого порядка в силу закономерности внутреннего строения кристаллов невозможны. Ось симметрии первого порядка L 1 показывает, что для совмещения фигуры с её начальным положением нужно сделать поворот на 360°; это соответствует полному отсутствию симметрии, ибо любой предмет при повороте на 360° вокруг любого реального направления совместится с самим собой.

Инверсионные оси симметрии. Инверсионной осью симметрии (L i) называется воображаемая прямая, при повороте вокруг которой на некоторый определённый угол и отражении в центральной точке фигуры (как в центре симметрии) фигура совмещается сама с собой, т.е. инверсионная ось представляет совместное действие оси симметрии и центра симметрии. При этом нужно отметить, что на кристаллах центр симметрии может не проявляться в виде самостоятельного элемента симметрии.

В кристаллах возможны только 32 сочетания элементов симметрии (32 вида симметрии). Виды симметрии объединяются в сингонии (от греческого "син" - сходно и "гония" - угол) или системы. Всего различают семь сингоний.

Триклинная, моноклинная и ромбическая сингонии называются низшими, потому что они не имеют осей симметрии выше второго порядка (L 2).

Тригональная, тетрагональная и гексагональная сингонии называются средними; они имеют одну ось симметрии высшего порядка (L 3 , L 4 или L i 4), L 6 (или L i 6).

Кубическая сингония имеет несколько осей симметрии высшего порядка (L 3 , L 4 или L i 4); она называется высшей сингонией.

Простые формы и их комбинации. Обзор простых форм по сингониям. Совокупность граней, которая может быть получена из исходной грани при действии всех элементов симметрии данного кристалла, называется простой формой. Следовательно, это такая фигура в кристалле, все грани которой при равномерном развитии по размеру и форме одинаковы. В кристалле могут присутствовать одна, две или несколько простых форм. Сочетание двух или нескольких простых форм называется комбинацией.

Простые формы могут замыкать и не замыкать пространства; они соответственно называются открытыми и закрытыми.

Так, например, кристалл циркона представляет собой комбинацию двух простых форм: тетрагональной призмы и тетрагональной дипирамиды. Призма является открытой формой, поскольку она не замыкает пространства, дипирамида же - закрытая форма, так как она полностью замыкает пространство, пусть даже на продолжении своих граней.

Чтобы различать на кристаллах простые формы, нужно, прежде всего, знать правило: сколько на равномерно развитом кристалле разных граней, столько будет простых форм.

Рассмотрим простые формы встречающиеся в различных сингониях.

В низших сингониях возможны следующие простые формы.

Моноэдр - простая форма, представленная одной гранью.

Пинакоид - две равные параллельные грани, которые могут быть обратно расположенными.

Диэдр - две равные пересекающиеся грани (могут пересекаться на своём продолжении).

Ромбическая призма - четыре равных попарно параллельных грани; в сечении образуют ромб.

Ромбическая пирамида - четыре равные пересекающиеся грани; в сечении также образуют ромб.

Перечисленные простые формы относятся к открытым, так как они не замыкают пространства. Присутствие в кристалле открытых простых форм, например, ромбической призмы обязательно вызывает присутствие других простых форм, например, пинакоида или ромбической дипирамиды, необходимых для того, чтобы получилась замкнутая форма.

Из закрытых простых форм низших сингоний отметим следующие.

Ромбическая дипирамида - две ромбические пирамиды, сложенные основаниями; форма имеет восемь разных граней, дающих в поперечном сечении ромб;

Ромбический тетраэдр - четыре грани, замыкающие пространство и имеющие форму косоугольных треугольников.

В средних сингониях из перечисленных выше простых форм могут присутствовать только моноэдр и пинакоид. Открытыми простыми формами средних сингоний будут призмы и пирамиды.

В соответствующих сингониях могут быть тригональные, тетрагональные и гексагональные призмы. Могут быть призмы с удвоенным числом граней: дитригональная, дитетрагональная и дигексагональная. В последнем случае все грани равны, но одинаковые углы между ними чередуются через один.

К закрытым формам относятся дипирамиды, скаленоэдры, трапецоэдры, ромбоэдр и тетрагональный тетраэдр.

Дипирамиды могут быть тригональные, тетрагональные и гексагональные или при удвоении числа граней - дитригональные, дитетрагональные и дигексагональные. Дипирамиды представляют собой две пирамиды сложенные основаниями.

Скаленоэдр - простая форма, состоящая из равных разносторонних треугольников. Скаленоэдры встречаются только в тригональной и тетрагональной сингониях.

Трапецоэдр - напоминает дипирамиду. Грани этой простой формы имеют вид четырёхугольников, а боковые рёбра не лежат в одной плоскости. Трапецоэдры возможны лишь в трёх видах симметрии, где отсутствуют плоскости симметрии.

Ромбоэдр состоит из шести граней в виде ромбов, напоминает вытянутый или сплющенный по диагонали куб. Он возможен только в тригональной и гексагональной сингониях.

Тетрагональный тетраэдр представляет собой четыре равные грани в виде равнобедренных треугольников.

В кубической сингонии имеется 15 простых форм, все они закрытые. Простые формы низших и средних сингоний в кубической сингонии не встречаются.

Куб (гексаэдр) представляет собой шесть попарно параллельных квадратных граней. Если каждую грань куба заменить четырьмя треугольными гранями, то получиться простая форма, которая называется тетрагексаэдр.

Октаэдр представляет собой совокупность восьми попарно параллельных граней. Если каждая грань октаэдра замещена тремя гранями (триоктаэдр), то по количеству сторон этих граней различают тригонтриоктаэдр, тетрагонтриоктаэдр и пентагонтриоктаэдр. При замещении грани октаэдра шестью гранями получим гексаоктаэдр, состоящий из 48 граней.

Тетраэдр кубической сингонии состоит из четырёх равносторонних треугольников, замыкающих пространство.

Если каждую грань тетраэдра заменить тремя гранями, то по аналогии с октаэдром получим тригонтритетраэдр и пентагонтритетраэдр.

Ромбододекаэдр представляет собой простую форму, состоящую из 12 граней в виде ромбов.

Пентагондодекаэдр также состоит из 12 граней, но имеющих форму неправильных пятиугольников.

Дидодекаэдр - "удвоенный" додекаэдр, каждая грань которого заменена двумя гранями; состоит из 24 граней.

Определение содержания науки минералогии и связь минералогии с другими науками о земле. Минералогия занимается изучением свойств и состава минералов, выявлением геологических условий и физико-химической обстановки образования минералов, исследованием минералов, как формы концентрации одних и рассеивания других химических элементов, вскрытием механизмов зарождения, роста и разрушения минералов, разработкой минералогических критериев поиска рудного и нерудного сырья.

Являясь наукой о природных химических соединениях кристаллической структуры, минералогия тесно связана с кристаллографией, физикой и химией.

Понятия: минерал, руда, минеральный вид. Минералами называются однородные по составу и строению кристаллические вещества, образовавшиеся в результате физико-химических процессов и являющиеся составными частями горных пород и руд. С химической точки зрения минерал - более или менее однородное тело, отвечающее определённому составу. Физически каждый минерал также характеризуется более или менее определёнными, присущему ему качествами: твёрдостью, плотностью, магнитностью, оптическими свойствами и др.

К определению понятия "минерал" нужно сделать следующие замечания.

К минералам мы условно будем относить не только явно кристаллические вещества, но также некоторые скрытокристаллические и аморфные природные вещества (халцедон, агат, опал и некоторые другие), которые исстари относятся к царству минералов. Они также твердые вещества, продукты природных процессов, составные части горных пород и руд.

К минералам следуе относить природные химически и структурно однородные образования, являющиеся составными частями других космических тел - Луны, планет, метеоритов. Так, можно говорить о минеральном составе лунных горных пород, минеральном составе каменных метеоритов и т.д. При этом интересно отметить, что некоторые минералы, известные в метеоритах, не известны на Земле (например сульфид кальция - ольдгамит CaS или фосфид железа, никеля и кобальта - шрейберзит (Fe, Ni, Co) 3 P).

Различные синтетические продукты, близкие по свойствам, составу и структуре к минералам, называются искуственными минералами. Таковы, например, полученные в лабораторных условиях искуственные кварц, корунд, слюда и др.

Распространение минералов в природе чрезвычайно широко. Вся земная кора, все горные породы и месторождения полезных ископаемых состоят из минералов.

Размеры минеральных индивидов могут быть от больших, масса которых несколько тонн (полевой шпат, кварц), до мельчайших зёрнышек, видимых только в микроскоп. Большинство минералов встречаются именно в виде мелких и мельчайших зёрнышек, образуя зернистую структуру магматических, осадочных и метаморфических пород.

Известно около 2200 минералов, а число их названий с разновидностями более 4000. Последнее объясняется тем, что многие минералы имеют несколько названий (синонимы). Кроме того, разновидности минералов получают самостоятельные названия благодаря отклонениям от химического состава, цвета и других свойств. Широко распространенных в природе минералов насчитывается около 450 видов, остальные встречаются редко.

Названия минералов даются по характерным физическим свойствам, по химическому составу или по месту, где они были впервые обнаружены. Многие минералы названы в честь учёных открывших или описавших их.

Использование минералогии в геологоразведке

Минералогия позволяет:

Определить минералы и минеральные разновидности;

Определить химический состав минералов, включая и элементы примеси, находящиеся нередко в ничтожных колличествах;

Установить кристаллическую структуру минералов;

Изучить условия образования минералов;

Изучить возможности практического использования минералов и руд.

Технологическая минералогия. Поисковая минералогия. Гемология. Экологическая(мидицинская) минералогия. Нет данных.

Координационные числа. Координационным числом данного атома в структуре минерала называется число ближайших от него соседних атомов. Так, в галите координационное число натрия - 6 ((вокруг него расположено по шесть атомов хлора), координационное число хлора также - 6 (каждый атом хлора соседствует с шестью атомами натрия).

В идеальных плотнейших упаковках координационное число зависит от соотношения размеров ее атомов: если один вид атомов слагает упаковку, то от размера других атомов зависит то, в какую пустоту (тетраэдрическую или октаэдрическую) они могут поместиться. Размеры пустот зависят от размеров атомов("шаров"), формирующих плотнейшую упаковку, а оптимальное соотношение радиусов этих атомов и радиуса атома в пустоте всегда одно и то же. Для октаэдрической координации оно равно 0.41, для тетраэдрической - 0.22. Также плотно можно разместить атом между тремя, восемью, двенадцатью соседними. Для таких структур возможны координационные числа 3, 4, 6, 8, 12.

Идеальные плотнейшие упаковки атомов возможны только в структурах минералов с ненаправленными, т.е. полностью ионными или металлическими химическими связями между атомами. В минералах с с ковалентными связями соединение атомов в кристаллическую постройку осуществляется за счет обобществления электронов на орбиталях p, d, f.В самородной сере атомы S объединены в молекулу S 8 , при этом электроны внешних орбиталейp (у серы их шесть) объединяются так, что у каждого атома оказывается устойчивая восьмиэлектронная внешняя оболочка. Также за счет обобществления электронов внешней орбитали p соединяются атомы углерода в структуре алмаза, благодаря этому каждый атом достраивает свою внешнюю оболочку до 8-электронной, т.е. наиболее устойчивой. Существенно, что форма орбиталей p не шаровая, а более сложная и со строго определенной ориентацией в пространстве направлений, по которому могут связаться соседние атомы. Поэтому в минералах с ковалентной связью координационное число зависит от двух факторов: а) соотношения размеров атомов; б) характера расположения в пространстве валентных орбиталей p, d, f-электронов. Максимально возможное число соседствующих атомов определяется соотношением их размеров, а реальное число может оказаться иным в зависимости от числа и положения валентных орбиталей. Допустимы разные координационные числа - 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.

Атомные и ионные радиусы

Истинные размеры атомов и ионов измерить невозможно. Для минералогии важны радиусы ионов в их реальных кристаллических постройках, но экспериментально (рентгеновскими и другими методами) определяются только межузельные расстояния пространственных решеток. Расстояние между центрами ближайших атомов кремния и кислорода в окиси кремния - кварце равно 0.161 нм. Что же касается радиусов ионов и атомов в кристаллах, то этот вопрос в разное время и разными исследователями решался по-разному, в результате чего сформировались различные системы, которые можно разбить на две группы: в первой радиусы ионов главнейших в земной коре химических элементов (Si, Fe, Ca, Mg, Na и др.) меньше радиуса иона кислорода; во второй эти соотношения обратны.

Первая система радиусов заложена работами А.Ланде. В 1920 г. он рассчитал радиусы Mg 2+ , S 2- , Se 2- на основе измерения следующих межъядерных расстояний (в нм) в некоторых селенидах и сульфидах: Mg-Se (0.273), Mg-S (0.260), Mn-S (0.259). Приняв идею о плотнейшей упаковке атомов в кристаллах ("шары" анионов и катионов касаются друг друга и сжаты плотнейшим образом), он на основе простейших расчетов дал такие значения радиусов (в нм): для S 2- 0.183, для Se 2- 0.193, для Mg 2+ 0.076.

В 1923 г. Вазашерна, исходя из показателей преломления некоторых фторидов и оксидов и используя теоретическую зависимость радиусов молекул и ионов, с одной стороны, и показателями преломления веществ, с другой, вычислил для радиуса аниона фтора значение 0.133 нм, а для кислорода - 0.132 нм. Эти значения были положены в основу дальнейших расчетов В.М.Гольдшмидтом. Приняв идею плотнейшей упаковки ионов и катионов и последовательно расширяя круг веществ с межузельными расстояниями, В.М.Гольдшмидт создал на основе принципа аддитивности (простое суммирование радиусов) систему радиусов для ионов всех химических элементов. В ней ионы наиболее распространенных химических элементов имеют следующие радиусы (в нм): Si - 0.039, Al - 0.057, Fe (II) - 0.082, Fe (III) - 0.067, Ca - 0.106, Na - 0.098, Mg - 0.078, Ti (IV) - 0.064, они меньше ионов кислорода и только калий и кислород имеют одинаковые размеры.

Вторая, совсем иная, система радиусов заложена рентгенометрическими работами В.Брэгга. В 1920 г. на основе экспериментального определения межъядерного расстояния S-S в пирите (0.205 нм) он принял для радиуса S 2- значение 0.103 нм. По измеренным расстояниям Zn-S (0.235 нм в сфалерите и Zn-O (0.197 нм) в цинките В.Брэгг получил для радиусов Zn 2+ 0.132 нм и для О 2- 0.065 нм.

Радиусы катиона оказались больше радиуса кислорода. В отличие от системы В.М.Гольдшмидта радиус кислорода здесь был определен на основе простейших измерений, а не косвенных расчетов Вазашерны.

Измерения и расчеты, начатые В.Брэггом продолжены не были, а всеобщую известность получила хорошо разработанная и полная система радиусов В.М.Гольдшмидта. Лишь значительно позднее были разработаны полные системы радиусов ионов, в которых выдерживается брэгговское соотношение R k >R o . Они предложены в разных модификациях А.Слейтером, А.С.Щукаревым, В.И.Лебедевым. По В.И.Лебедеву, например, радиус О 2- составляет 0.045 нм, радиус Mg 2+ - 0.160 нм. При этом предполагается, что в большинстве кристаллических веществ плотнейшую упаковку образуют катионы, а в пустотах между ними располагаются ионы кислорода и другие анионы.

Сейчас идет активная переоценка разных представлений о размерах ионов в кристаллических постройках минералов. Например, А.С.Поваренных считал, что в разных по своей природе химических соединениях атомы одного и того же элемента должны иметь различные радиусы. Размер иона Fe 3+ в сульфидах составляет 0.111 нм, во фторидах - 0.086 нм, в оксидах - 0.094. Эти представления подтверждаются многими работами по электронно- и рентгенографии минералов. Так для Na, к примеру, установлены колебания радиуса от 0.109 до 0.131 нм. Представления о неодинаковых размеров ионов в разных веществах, очевидно, наиболее прогрессивны, но они еще не нашли должного развития, поэтому далее будут использоваться значения радиусов по В.М.Гольдшмидту.

Принцип плотнейшей упаковки атомов и ионов. Для объяснения природы кристаллических структур веществ в кристаллографии используется принцип плотнейшей упаковки атомов и ионов в кристаллах, согласно которого принимается, что во-первых, форма всех атомов и ионов сферическая и, во-вторых, весь объем кристалла или отдельных его структурных блоков заполнен плотно соприкасающимися атомами и ионами. На основе этого принципа удалось просто и геометрически образно охарактеризовать многие особенности кристаллического строения минералов.

Рассмотрим для начала возможные способы плотнейшей укладки шаров равного диаметра. Положим друг на друга два слоя плотно соприкасающихся шаров, обозначив нижний слой буквой А, верхний - В. Третий слой можно положить на слой В поразному. В одном случае - точно так же, как слой А, в другом - шары третьего слоя займут неповторяемую позицию С, их затем можно перекрыть четвертым слоем шаров, который повторит положение слоя А.

Упаковка первого типа характеризуется повторяемостью АВ АВ АВ... Её называют двуслойной (а по характеру симметрии - гексагональной). Для упаковок второго типа характерна повторяемость АВС АВС АВС... Ее называют трехслойной *(кубической). Имеется много других порядков повторяемости слоев в плотнейшей укладке шаров, но все они будут являться комбинациями первых двух упаковок.

Плотно уложенные шары занимают лишь 74% заполняемого ими объема, а 26% приходится на пустоты между шарами. Их два типа. Одни пустоты, меньшие по размеру, располагаются между четырьмя шарами. Их называют тетраэдрическими. Другие, большие по размеру пустоты ограничены шестью шарами - октаэдрические. В бесконечной кристаллической постройке на n шаров приходится 2n тетраэдрических и n октаэдрических пустот.

Примером построения кристаллической структуры вещества почти точно по принципу плотнейшей упаковки может являться корунд Al 2 O 3 . В нем крупные ионы кислорода (радиус 0.132 нм по В.Гольдшмидту) образуют двуслойную плотнейшую упаковку, 2/3 октаэдрических пустот занято ионами Al (радиус 0.057 нм, по В.Гольдшмидту), тетраэдрические позиции свободны.

типом плотнейшей упаковки, размером и валентностью атомов, образующих эту упаковку;

набором атомов, заполняющих плотнейшей упаковки;

узором заселения пустот. Многообразие сочетаний этих факторов очевидно. Однако число минералов с идеальной плотнейшей упаковкой атомов относительно невелико. Это объясняется в первую очередь тем, что такие кристаллические постройки возможны для минералов с направленными химическими связями - металлической или ионной. Действительно, к примеру, самородные металлы (Au, Cu, Ag) имеют структуры с трехслойной (кубической) плотнейшей упаковкой, самородные иридий и цинк - с двухслойной (гексагональной) упаковкой. Напротив, кристаллическая структура самородной серы далека от плотнейшей упаковки. В сере проявлены направленные - ковалентные химические связи, при этом образуются восьмиатомные сложные по конфигурации молекулы с нулевым суммарным зарядом S80, они соединяются остаточными (вандерваальсовыми) связями в разноориентированные колонки.

Из распространенных в природе веществ плотнейшая упаковка характерна для немногих минералов - например для корунда Al 2 O 3 и шпинели MgAl 2 O 4 . Показательно, что при малых молекулярных количествах этих веществ они обладают относительно повышенной плотностью. Довольно близки к плотнейшей упаковке структуры некоторых ортосиликатов - оливинов, гранатов и др.

Большинство же минералов имеет сложные кристаллические постройки, в них лишь строение отдельных блоков отвечает принципу плотнейшей упаковки атомов. Этот принцип - лишь модель, помогающая интерпретировать реальность.

Изоморфизм. Типы изоморфизма

Изоморфизм - свойство атомов (или ионов) одних веществ заменять в структуре атомы (или ионы) других. Явления изоморфизма очень широко распространены в минералах. Так, химический состав минерала вольфрамита отображается формулой (Fe, Mn) . Он представляет собой изоморфную смесь, где атомы марганца замещают в структуре атомы железа, и наоборот, формально это может быть выражено формулой nFe X (100-n) XMn. Крайние члены этого ряда носят название ферберита Fe и гюбнерита Mn. Минерал оливин (Mg, Fe) 2 также представляет собой изоморфную смесь, где атомы магния в структуре замещаются атомами железа. Формально это может быть выражено формулой nMg 2 X(100-n) Fe 2 . Конечные члены этого непрерывного ряда носят названия форстерита и фаялита.

Наряду с простыми случаями может происходить сложное изоморфное замещение целых комплексов в кристаллических структурах. Классическим примером такого сложного замещения являются минералы из группы полевых шпатов - плагиоклазы. Плагиоклазы представляют собой непрерывный ряд минералов, где пара Ca 2+ и Al 3+ замещаются на пару Na + и Si 4+ (CaAl«NaSi). Крайние члены этого ряда называются анортитом Ca и альбитом Na. В соответствии с изменением состава изменяются и физические свойства плагиоклазов, например оптические свойства, плотность и др.

Таким образом, различаются два главных вида изоморфизма: более простой, когда взаимозамещаются ионы, имеющие одинаковую валентность, - он называется изовалентным изоморфизмом, и сложный, когда происходит замещение ионов разных валентностей, гетеровалентный изоморфизм.

По степени совершенства изоморфных замещений можно выделить два случая. В первом случае замещение одного элемента другим может быть в пределах до 100% - это совершенный, или полный, изоморфизм. Во втором случае замещение может быть частичным от сотых долей, до нескольких процентов - это несовершенный, или ограниченный, изоморфизм.

Многие изоморфные примеси не отражаются формулой минерала, ибо количество их невелико. Так, в цинковых обманках ZnS обычно присутствует в виде изоморфной примеси Fe, а иногда Cd и In.

Если происходит изоморфное замещение одних элементов (или комплексов) другими, то они берутся в скобки и отделяются друг от друга запятой, причём порядок написания зависит от количества этих элементов (или компонентов).

В чём же причина изоморфизма? В. М. Гольдшмит указал, что элементы могут замещать друг друга в структурах в том случае, когда радиусы ионов (или атомов) являются близкими и разница их не превышает 15%. Однако, если величины радиусов ионов близки, это ещё не предопределяет их изоморфного замещения. Понятие о ионных шарах, как несжимаемых шарах, верно лишь в первом приближении. Напряжение электрического поля, заряд и типы ионов приводят к такому взаимодействию между ними, когда правильная шарообразная форма иона искажается, происходит поляризация (деформация) электронной оболочки иона. Поэтому, кроме близости ионных радиусов, поляризационные свойства ионов тоже должны быть близкими. Если степень поляризации ионов различна, то даже при очень близких радиусах изоморфизма между ионами не будет (например, нет изоморфизма между Na + и Cu +).

Полиморфизм. В переводе с греческого слово "полиморфизм" означает многоформность. Это явление до известной степени противоположно изоморфизму и заключается в том, что одинаковые по химическому составу вещества образуют различные структуры.

Полиморфными могут быть элементы и сложные соединения. Происхождение различных полиморфных модификаций (разновидностей) связано с различием в условиях их образования. Каждая из модификаций имеет свою структуру, а отсюда и свои специфические свойства.

Хорошим примером полиморфизма углерода являются минералы алмаз и графит. Свойства их совершенно различны: алмаз самый твёрдый из минералов, графит имеет твёрдость 1. Плотность алмаза 3.5, графита 2.2. Алмаз кристаллизуется в кубической сингонии, графит в гексагональной. Причина в столь различных свойств указанных минералов объясняется их структурой, т.е. расположением атомов углерода. Связь атомов углерода в графите менее прочная, чем в алмазе, структура графита листовая, в виде плоских гексагональных сеток. Значительные расстояния между этими сетками и определяют его свойства: лёгкую расщепляемость, меньшую плотность и др.

Несколько полиморфных модификаций имеет и сера; в природных условиях устойчивой является лишь сера ромбической сингонии.

Различают два вида полиморфизма. Первый вид - энантиотропия - характеризуется обратимостью (переходом) полиморфных модификаций из одной в другую при определённых температурах и давлениях. Примером энантиотропии могут служить переходы кварца в высокотемпературную разновидность Sio 2 - тридимит, а также переходы алмаза в графит. Второй вид - монотропия - одна полиморфная модификация (нестабильная) может переходить в другую (стабильную), но обратный переход невозможен. Примером монотропии является переход марказита в пирит.

Химический состав и формулы минералов. Для выяснения химического состава минерала производят его химический анализ. В результате пересчёта данных анализа определяют химическую формулу минерала. Формулы могут быть эмпирическими, показывающими только химический состав, и структурными, дающими представление о пространственном расположении атомов в минерале и их связь между собой.

Для некоторых минералов структурные формулы ещё не установлены. Но благодаря рентгеновским методам исследования во многих случаях удалось определить взаимоотношения атомов в кристаллических структурах минералов. Этими вопросами связи химизма со строением вещества и его свойствами занимается кристаллохимия.

В минералах важно выявить катионы и анионные комплексы, характеризующие типы кристаллических структур. При написании формул минералов анионные комплексы отделяют от катионов квадратными скобками, например, сидерит Fe.

Следует иметь в виду, что эмпирические формулы минералов не отображают особенностей их внутреннего строения и в минералогии они в настоящее время заменены структурными формулами. Так, эмпирическая формула минерала мусковита H 2 KAl 3 Si 3 O 12 , а структурная KAl 2 (OH, F) 2 . Последняя показывает, что в структуре мусковита имеется сложный анионный комплекс и что вода в мусковите находится не в виде H 2 O, а в виде гидроксила (OH) - , причём этот гидроксил может быть в свою очередь замещён F - .

В минералогии нередко различают безводные и водные минералы(сульфаты, фосфаты, карбонаты и др.). К водным относятся те минералы, которые имеют в своём составе электрически нейтральные молекулы воды. Вода в составе минералов может быть связанной и свободной. Связанная, или кристаллизационная, вода входит в кристаллическую решётку минералов, занимая в ней определённые места. Примерами могут быть некоторые карбонаты и сульфаты, например гипс. Свободная вода не участвует в строении кристаллической решётки минералов, количество её может быть различным в зависимости, например, от температуры. Примерами свободной воды является вода цеолитов. И, конечно, вся гигроскопическая вода, удерживающаяся в микроскопических трещинах минералов и пород силами поверхностного натяжения, также является свободной и удаляется при нагревании до 110°С.

Гидроксилсодержащие минералы в строгом смысле не могут быть названы водными. Между электрически нейтральной молекулой воды H 2 O и отрицательно заряженным ионом гидроксила (HO) - существует принципиальная разница. Гидроксил (HO) - может замещать в минералах такие ионы как Cl - и Fe - , он прочно удерживается в кристаллических решётках, этими свойствами молекулы воды не обладают.

Морфология минералов и агрегатов. Двойниковые сростки кристаллов.

Для некоторых минералов характерно образование не только одиночных кристаллов, но и их двойниковых сростков - двойников. Это полевые шпаты, рутил, касситерит, арагонит, киноварь и многие другие минералы.

В настоящих, не случайных, сростках, индивиды срастаются по одинаковым плоским сеткам их пространственных решеток. Геометрически индивиды в двойнике можно мысленно совместить друг с другом либо отражением в плоскости симметрии либо поворотом вокруг оси L2. Двойники могут состоять из пары кристаллов (простые) или из многократно повторяющихся индивидов. Характерной особенностью огранки двойников являются входящие углы между гранями; на одиночных идеально развитых кристаллах таких углов не бывает.

Следует различать двойники срастания и двойники прорастания. В первых индивиды разграничены по плоскости, они как бы соприкасаются друг с другом. Во вторых кристаллы как бы обрастают друг друга либо насквозь проникают один в другой, соприкасаясь по сложной извилистой (ступенчатой) поверхности.

Двойники образуются по разным причинам. В растворе, когда кристаллы находятся еще в зародышевом состоянии и под действием тех или иных сил разворачиваются относительно друг друга. При переходе одной полиморфной модификации в другую. При механических воздействиях на растущие кристаллы.

Ложные кристаллы - псевдоморфозы. Псевдоморфоза - это кристалл или зерно минерала, замещенного без изменения его формы другим минералом или смесью минералов, отсюда и название фальшивая (псевдо) форма (морфа). У этих образований сохраняются часто даже мельчайшие детали поверхности первоначальных кристаллов и зерен.

По псевдоморфозам можно судить о химических реакциях минералообразования, так как виден одновременно и исходный минерал (зерно) и конечный продукт преобразования. Кристаллы пирита в поверхностных условиях замещаются лимонитом - плотной коричневой порошковатой массой, смесью различных гидроксидов Fe 3+ . Кристаллы калиевого полевого шпата замещаются порошковатым агрегатом каолина. Еще один способ образования псевдоморфоз - полиморфные превращения веществ при изменении температуры и давления, они называются параморфозы.

Например, параморфозы альфа-кварца по бета-кварцу (t превращения 575 С при

10*5 Па, или 100 кПа).

Процесс псевдоморфного замещения минералов может происходить как цепь последовательных химических реакций. Лимонит (смесь гидроксидов Fe 3+) по кальциту (карбонат кальция): промежуточной стадией было, видимо, замещение кальцита сидеритом или доломитом (железосодержащие карбонаты) по "цепи" CaCO 3- >FeCO 3- >гидроксиды Fe.

Бывают также пустотелые псевдоморфозы - отпечатки в горной массе кристаллов растворившихся минералов, место которых осталось незанятым.

Некоторые агрегаты кристаллов. Зернистые агрегаты - сплошные массы произвольно сросшихся зерен одного или нескольких минералов. Каждое зерно - неогранившийся кристалл, выросший в стесненных условиях.

Друзы (щетки) - группы кристаллов, наросших перпендикулярно или почти перпендикулярно к поверхности трещин, стенки жилы или полости в горной породе. Важнейшее явление - геометрический отбор. Сначала нарастают одиночные разноориентированные кристаллы, разрастаясь они соприкасаются друг с другом, упираются друг в друга, сами себе мешают расти. Продолжают расти только те кристаллы, вектор роста которых ориентирован в сторону свободного пространства, т.е. по нормали к поверхности трещины. Секреции образуются, когда какая-либо полость в горной породе заполняется минеральным веществом. Часто в центре секреций располагаются друзы. Чаще всего- секреции халцедона с друзами кварца внутри, приуроченные к миндалинам в базальте.

Конкреции - шаровидные, иногда сплюснутые, неправильно округленные агрегаты радиально-лучистого строения. В их центре нередко находится зерно, которое служило затравкой при росте конкреции. Чаще всего они образуются в пористых осадочных породах - песках и глинах. (Конкреции кальцита, пирита и фосфоритов). Размеры от миллиметра до десятков сантиметров.

Параллельно-шестоватые и волокнистые агрегаты обычно образуются в трещинах. Это - жилки шелковистого гипса, серпентин-асбеста, шестоватого кальцита. В одних случаях эти агрегаты кристаллизуются в открытых трещинах: сначала на стенках по принципу геометрического отбора нарастают друзы; разрастаясь навстречу друг другу они смыкаются и образуют параллельно-шестоватые или волокнистые агрегаты. В других - такие агрегаты формируются в постепенно приоткрывающихся трещинах, когда скорость приоткрывания меньше или равна скорости роста индивидов. Сначала трещина заполняется зернистым агрегатом минерала в виде сплошной тонкой жилки. Затем, по мере открывания зерна, упираясь друг в друга, могут расти только вслед за раздвигающимися стенками трещины. Они постепенно вытягиваются нормально стенкам, формируя параллельно-шестоватый или волокнистый агрегат. В иных случаях (параллельно-шестоватые (чаще волокнистые) агрегаты образуются при разрастании их от волосных трещин в обе стороны, рост идет по по принципу образования агрегатов первого и второго рода.

Оолиты (бобовины или горошины) образуются в тех случаях, когда минерал кристаллизуется из раствора на каком-нибудь зернышке, как бы прикрывая его скорлупками, налегающими друг на друга. Они имеют концентрически-скорлуповатое строение, обязанное ритмичной смене минералообразования. Наиболее часто оолиты формируются в горячих источниках, в придонных озерных и морских илах.

Они характерны для некоторых разновидностей бокситов, марганцевых и железных руд. Размеры оолитов - от миллиметров до нескольких сантиметров.

Сферолиты и почковидные агрегаты названы так по своей морфологии. Сферолиты очень часто имеют почти идеально-шаровидную форму и размер от долей до 1-2 см и более. Они как шарики нарастают на другие минералы и и на стенки разных пустот в рудах и горных породах. Сферолиты образуются либо как результат расщепленного роста кристаллов, либо в них, как в конкреции, есть ядрышко-зерно (или зернистая масса), на которое нарастает минерал. Вследствие геометрического отбора или стесненных условий кристаллы могут разрастаться, только расходясь лучами от центра сферолита.

Почковидные агрегаты состоят из множества соприкасающихся "почек", каждая из которых имеет, подобно сферолиту, радиально-лучистое строение, правда оно не всегда заметно невооруженным глазом. Особенно типичное строение имеют почковидные агрегаты гётита HFeO 2 Х H 2 O и малахита Cu 2 (CO 3)(OH) 2 . Их образование происходило на неровной поверхности за счет группового роста и геометрического отбора сферолитов; оставались и разрастались только те сферолиты, котрые находились на выпуклостях субстрата. В некоторых почковидных агрегатах заметно не только радиально-лучистое, но и концентрически-зональное строение, как отражение смены условий при росте агрегата. Наиболее часто почковидные агрегаты образуются в различных пустотах в приповерхностных зонах разрушения и выветривания руд и горных пород.

Физические свойства минералов. Физические свойства минералов имеют большое практическое значение (радиоактивность, люминисценция, магнитность, твёрдость, оптические свойства и др.) и очень важны для их диагностики. Они зависят от химического состава и типа кристаллической структуры. Например, радиоактивные свойства минералов зависят от химического состава - наличие радиоактивных элементов, спайность минералов зависит от особенностей их кристаллической структуры, плотность - от химического состава и от типа кристаллической структуры. Физические свойства могут представлять скалярную велечину (независимы от направления), например плотность, или быть векторными (зависящими от направления), например твёрдость, спайность, оптические свойства.

Плотность. Плотности минералов (в г/см 3) колеблются от велечин, примерно равных единицы, до 23.0 (платинистый иридий). Подавляющая масса минералов имеет плотность от 2.5 до 3.5, что обуславливает плотность земной коры, равную приерно 2.7-2.8.

Минералы по плотности условно можно разделить на три группы: лёгкие (плотность до 3.0), средние (плотность от 3.0 до 4) и тяжёлые (плотность более 4).

Некоторые минералы легко узнаются по большой плотности (барит4.6, церуссит 6.5). Как правило, миниралы, содержащие тяжёлые металлы, имеют большую плотность. Наибольшую плотность имеют самородные элементы - золото, серебро, минералы группы платины. В кристаллах одного и того же состава плотность определяется характером упаковки атомов в еденичной структурной ячейке.

Для минералов, представляющих изоморфные ряды, увелечение (или уменьшение) плотности пропорционально изменеию химического состава.

Механические свойства минералов обнаруживают при механическом действии на них: при сжатии, растяжении и ударе. Так же, как и оптические свойства, они различны в разных направлениях и связаны с анизртропией кристаллов. К числу важнейших механических свойств относят спайность и твёрдость.

Спайность - способность кристаллов раскалываться по определённым кристаллографическим плоскостям с образованием блестящих поверхностей. Спайность может проявлятся в одном, двух, трёх, четырёх и шести кристаллографических направлениях.

Почему в одних направлениях кристаллы раскалываются по спайности, а в других нет? Причина спайности заключается в силе сцепления между частицами кристалла, а последняя зависит от расстояния между частицами и от велечины ионных зарядов, взаимодействующих между собой. Плоскости спайности должны быть параллельны плоским сеткам пространственной решётки с наибольшими межплоскостными расстояниями.

Для оценки спайности существует следующая шкала:

Спайность весьма совершенная - кристалл колется на тончайшие пластинки с зеркальной поверхностью (слюда, гипс).

Спайность совершенная - кристалл в любом месте колется по определённым направлениям, образуя ровные поверхности; неправильный излом получается крайне редко (кальцит, галит, галенит).

Спайность средняя - при расколе образуются как ровные спайные поверхности, так и неровные поверхности излома (полевые шпаты, роговая обманка).

Спайность несовершенная - ровные спайные поверхности редки, при изломе большей частью образуется неправильный излом (берил, апатит).

Спайность весьма несовершенная - практически нет спайности, кристаллы имеют неровные поверхности излома при расколе (кварц, касситерит).

В различных направлениях спайность кристалла может быть одинаковой или разной по степени совершенства.

Твёрдость. Под твёрдостью кристалла понимается его сопротивление механическому воздействию более прочного тела.

Существует несколько методов определения твёрдости. В минералогической практике принята шкала Мооса. Необходимо отметить относительность шкалы: если тальк имеет твёрдость 1, а гипс твёрдость 2, то это не означает, что гипс в 2 раза твёрже талька. Тоже самое можно сказать и относительно других минералах-эталонах. Твёрдость их условна, и при определении другими методами получены другие значения.

Так же, как и спайность, твёрдость кристаллов обнаруживает анизотропию. Кристаллы алмаза имеют наибольшую спайность на гранях октаэдра, меньшую на гранях ромбододекаэдра, ещё меньшую на гранях куба.

Оптические свойства

В естественном свете колебания электрического и магнитного векторов совершаются в каждый момент в различных направлениях, всегда перпендикулярных к направлению распространения световой волны (т.е. перпендикулярно к световому лучу).Такой свет носит название неполяризованного, или простого.

При прохождении через оптически анизотропную среду свет становится поляризованным. Колебания поляризованного света проходят лишь в одной плоскости, проходящей через направление движения световой волны.

Поляризация света происходит при прохождении через все кристаллы, за исключением кристаллов кубической сингонии; последние в оптическом отношении изотропны. Естественный свет, поступающий в кристалл, распадается на две световые волны, распространяющиеся с различными скоростями. Обе волны становятся поляризованными, причём плоскости их колебаний взаимно перпендикулярны. Это явление называется двупреломлением, или двойным светопреломлением. Двупреломление было открыто Бартолином в 1669 г. и в дальнейшем было изучено Х. Гюйгенсом.

В кристаллах тригональной, тетрагональной и гексагональной сингоний имеется только одно направление, по которому не происходит двойного светопреломления. Это направление называется оптической осью, оно совпадает с осью симметрии высшего порядка. Поэтому кристаллы средних сингоний называются оптически одноосными. В кристаллах триклинной, моноклинной и ромбической сингоний имеются два направления, по которым не происходит двойного светопреломления; они в оптическом отношении двуосны.

В кристаллах средних сингоний скорость распространения световых волн различна. Световая волна, распространяющаяся с одинаковой скоростью во всех направлениях, называется обыкновенной, а распространяющаяся в различных направлениях с различной скоростью - необыкновенной. Поверхностью первой световой волны является шар, а второй - эллипсоид вращения.

Цвет. Минералы могут иметь самые различные цвета и оттенки. Цвет минералов зависит от их внутренней структуры, от механических примесей и главным образом от присутствия элементов-хромофоров, т.е. носителей окраски. Известны многие элементы-хромофоры, таковы Cr, V, Ti, Mn, Fe, Ni, Co, Cu, U, Mo и некоторые другие. Эти элементы могут быть в минерале главными, или могут быть в виде примесей.

Побежалость - пёстрая или радужная окраска приповерхностного слоя. Она объясняется появлением тонких поверхностных плёнок за счёт изменения, например окисления, минералов.

Цвет черты. Минералы, твёрдость которых невелика, оставляют черту на неглазурованной фарфоровой пластинке. Цвет черты, или цвет минерала в порошке может отличатся от цвета самого минерала.

Блеск. Различают минералы с металлическим и неметаллическим блеском. Металлический блеск имеют те минералы (не зависимо от их окраски), которые дают чёрную черту. Неметаллический блеск характерен для минералов, дающих цветную или белую черту. Исключением являются только самородные элементы.

Магнитность. Это свойство характерно для немногих минералов. Наиболее сильными магнитными свойствами обладает магнетит. Минералы обладающие сильным полярным магнетизмом, называются ферромагнитными.

Существуют ещё: люминесценция, пироэлектричество, радиоактивность и др.

Эндогенные процессы минералообразования. Эндогенные процессы всегда так или иначе связаны с деятельностью магмы. Среди них выделяют:

Магматические процессы. К собственно магматическим процессам минералообразования относятся те, при которых минералы образуются непосредственно при кристаллизации магмы. Именно так возникли все минералы, слагающие магматические горные породы.

Как известно из курса общей геологии, магматические горные породы делятся на две большие группы: интрузивные, закристаллизовавшиеся на глубине, и эффузивные, образовавшиеся вблизи или на поверхности земли. Магматические процессы минералообразования могут быть связаны и с интрузиями и с эффузиями

Пегматитовый процесс. При кристаллизации гранитной магмы, образуется остаточный силикатный расплав, богатый соединениями редких и редкоземельных элементов и летучими веществами - минерализаторами. Этот силикатный расплав внедряется во вмещающие породы, заполняет в них трещины и полости и, кристаллизуясь, образует жильные крупнокристаллические тела - пегматиты.

Пегматиты богаты различными минералами. Кроме главных породообразующих минералов - микроклина, плагиоклазов и биотита - часто встречаются турмалины, для некоторых пегматитов характерны берилл, сподумен и многие другие.

Пегматитовые жилы могут достигать нескольких километров в длину и нескольких десятков метров мощности. Минералы пегматитов также достигают больших размеров.

Пегматиты часто имеют зональное строение, причём разные минералы приурочены к разным зонам.

Пневматолитовый процесс

Пневматолиз - процесс образования минералов из газовой фазы. На некоторых этапах кристаллизации магмы возможно отделение газов. По мере движения вверх по трещинам эти газы охлаждаются, реагируют друг с другом и с вмещающими породами, в результате чего образуются минералы. Пневматолиты (продукты пневматолиза) делятся на вулканические и глубинные.

Вулканические пневматолиты образуются в вулканических областях за счёт газов, отделяющихся от магмы вблизи или на поверхности земли. Вулканические газы в огромных количествах уходят в атмосферу через жерла вулканов, фумаролы и трещины.

В процессе возгона газа в трещинах лавовых покровов и кратерах вулканов происходит образование минералов. Преимущественно это хлориды и сульфаты - минералы, легко растворимые и поэтому не наблюдаемые в больших количествах. Обычно все минералы, образующиеся при вулканической деятельности, имеют вид налётов, мелкокристаллических корочек или землистых агрегатов.

К вулканическим возгонам, связанным с базальтовой магмой, можно отнести скопления сульфидов на дне Восточно-Тихоокеанского поднятия (на глубине около 2.5 км). В зоне спрединга обнаружены активно действующие вулканические жерла, извергающие твёрдые частицы и флюиды с температурой 350-400°С. На "жерловых площадях" образуются сульфидные холмы высотой до 10 м.

Скопления сульфидов по всей вероятности образованны благодаря редукции сульфата океанской воды во время её циркуляции, а также благодаря мобилизации вещества из базальтов.

Глубинные пневматолиты образуются в том случае, когда газы отделяются от магматического очага в недрах земной коры. Они просачиваются сквозь горные породы, реагируют с ними, преобразуя их химический и минеральный состав. Степень химических преобразований пород под действием газов зависит от их химической активности, состава пород, тектонического строения и длительности процесса.

Гидротермальный процесс

Гидротермы - горячие водные растворы, отделяющиеся от магмы или образующиеся в результате сжижения газов.

Причина движения гидротерм - разность давлений. Когда внутренне давление растворов больше внешнего, растворы движутся в сторону наименьшего давления, обычно вверх, к поверхности земли. При своём движении они используют различные тектонические нарушения, трещины, зоны контактов. По мере удаления растворов от магматического очага температура их падает. В результате падения температуры и реакций с вмещающими породами гидротермы отлагают свой груз в виде минералов. Выделение минералов из водных растворов и представляет собой сущность гидротермального процесса.

Поскольку гидротермы обычно движутся по трещинам, форма большинства гидротермальных минеральных тел жильная. Главнейшим жильным минералом является кварц.

Экзогенные процессы минералообразования. В поверхностной зоне земной коры происходит мощный процесс разрушения минералов и горных пород. Совокупность явлений химического и физического разрушения носит общее название выветривания.

Процессы выветривания. Процессы выветривания приводят к механическому разрушению и химическому разложению пород и минералов.

Агентами выветривания являются вода и ветер, колебания температуры вблизи поверхности, кислород и углекислота воздуха, жизнедеятельность организмов. Интенсивность выветривания также зависит от климата, рельефа местности, химического состава пород и минералов.

В результате физического выветривания происходит механическое разрушение пород и минералов - их дезинтеграция. Обломочный материал либо остаётся на месте, либо переносится водными потоками. Новых минералов при этом не образуется, но в результате механического разрушения, переноса и отложения образуются россыпи - важный источник многих ценных минералов.

При химическом выветривании происходит химическое разложение минералов и образуются новые минералы, устойчивые в поверхностных условиях.

Большое значение имеют процессы выветривания в рудных месторождениях. Во вскрытых эрозией рудных жилах первичные рудные минералы, в особенности сульфиды, легко разрушаются и переходят во вторичные, окисленные минералы - сульфаты, окислы, карбонаты и другие соединения.

В результате образуются зоны окисления сульфидных месторождений, или зоны "железной шляпы".

Главным минералом зоны окисления является лимонит.

Ниже уровня грунтовых вод следует зона цементации, или вторичного сульфидного обогащения, за которой находятся первичные не окисленные руды. В зоне цементации воды содержат сероводород и серную кислоту; в них отсутствует свободный кислород. Сульфаты металлов реагируют с первичными рудами, в результате чего образуются вторичные руды.

Осадочный процесс. Разрушенные в результате выветривания огромные массы горных пород и минералов перемещаются текучими водами. При этом происходит сортировка материала и его отложение. Так образуются механические остатки, имеющие очень широкое распространение.

Химическое осаждение минералов может происходить как из истинных так и из коллоидных растворов. Из пересыщенных растворов вещества выпадали в осадок. Таково происхождение различных солей: гипса, галита, карналлита и др. Это - химические остатки.

Большую роль в разрушении минералов и горных пород и в их новообразовании играют живые организмы, главным образом различные бактерии. Поэтому можно выделить биогенный или точнее биохимический процесс. Установлено участие организмов в образовании фосфоритов, самородной серы, руд железа и марганца. Минералы, образовавшиеся при участии организмов предложили называть биолитами. К биолитам можно отнести и породы, например, карбонатные (известняки, мел), которые образовались в результате скопления организмов с известковым скелетом, а также каменный уголь, торф и др.

Метаморфические горные породы. Осадочные горные породы благодаря движениям земной коры могут попасть в более глубокие зоны литосферы, где существуют иные термодинамические условия, чем на поверхности. При этом они будут испытывать изменения - метаморфизм, главными факторами которого являются температура и давление. Механизм метаморфических процессов заключается в обезвоживании, перекристаллизации и метасоматических явлениях. Так, известняк, подвергаясь метаморфизму, переходит в кристаллическую зернистую породу - мрамор, песчаник - в кварцит. Метаморфизму могут подвергаться не только осадочные, но и магматические породы.

Выделяют контактовый, дислокационный и региональный метаморфизм.

Контактовый метаморфизм проявляется на контакте двух пород, обычно магматической и осадочной. Если магматический расплав, имеющий температуру около 1000° и богатый различными газами, под большим давлением внедряется в вышележащие породы, то, естественно, последние должны с ним реагировать, особенно, если это химически активные породы, такие, например, как известняки.

Дислокационный метаморфизм обычно выражается в дроблении и перетирании горных пород и в образовании тектонических брекчий.

Региональный метаморфизм протекает на больших глубинах и захватывает огромные площади. При региональном метаморфизме, например в результате перекристаллизации при одностороннем давлении, могут образовываться минералы, которые в других условиях не возникают.

С региональным метаморфизмом связывают также образование так называемых сухих трещин. Эти жильные тела, развитые в метаморфических породах, образуются благодаря тектоническим напряжениям в местах разрыва.

Типоморфные признаки, генерации и парагенезис минералов. Признаки по которым с известным приближением можно установить состав, температуру образования или происхождение минералов, носят названия типоморфных.

Минералы образуются в природе при определённых физико-химических условиях среды. Изменение этих условий, например состава среды, приводит до известной степени к изменеию состава минералов, что отражается на их цвете.

Минералы, обладающие типоморфными признаками, называются типоморфными минералами.

Каждый минерал образуется в определённом температурном интервале. Иногда этот интервал составляет сотни градусов, в других случаях температура образования более или менее определена. Это позволяет условно градуировать процессы минералообразования. Так, например, низкотемпературный кварц образуется при температуре ниже 575°С. Следовательно, и другие минералы, образовавшиеся одновременно с ним или после него, также имеют температуру образования ниже 575°С.

По взаимоотношениям минералов между собой, т.е. по пересечению одних минералов другими, в ряде случаев удаётся установить порядок их выделения. Нередко один и тот же минерал выделяется несколько раз в процессе минералообразования, т.е. имеет несколько генераций.

Минералы различных генераций нередко отличаются друг от друга по химическому составу и внешним признакам - цвету, величине зерна, огранке и т. д. Так, кварц более ранних генераций часто имеет серый цвет, а более поздних - белый.

Парагенезис - совместное образование минералов в природных процессах. Парагенетические ассоциации минералов - это группы минералов, образовавшиеся благодаря одному и тому же процессу.

Классификация минералов

Классифицировать минералы можно по ряду признаков. Можно выделять минералы по ведущему или характерному элементу, рассматривая, например, минералы, содержащие медь, свинец и т.д. Существуют генетические классификации, в которых выделяют минералы по их происхождению, например, минералы магматические, пегматитовые, скарновые и т.д. Все эти классификации не удовлетворительны по ряду причин, но могут быть использованы как дополнительный справочный материал.

Наиболее распространённой является химическая классификация минералов. В основу выделения групп в этой классификации положен химический принцип. Классифицировать минералы нужно по химическому принципу (по типам химических соединений, по характеру химической связи) с обязательным учётом структурных особенностей минералов.

Прежде всего в царстве минералов можно различать элементарные вещества и соединения. Среди элементарных веществ мы рассмотрим один класс минералов, встречающихся в виде свободных элементов, - самородные элементы.

Среди соединений по химическому признаку (ведущим анионам) выделяются следующие типы.

I тип. Сернистые соединения или сульфиды. Это соединения металлов с серой или аналогами серы - мышьяком, сурьмой, теллуром, селеном.

II тип. Галоидные соединения или галогениды. Относящиеся сюда минералы представляют собой соединения с галогенами - фтором, хлором и гораздо реже бромом и йодом.

III тип. Кислородные соединения, среди которых можно выделить оксиды - соединения металлов с кислородом и кислородные соли (оксосоли) - соединения металлов с комплексными кислородными анионами. Последние чрезвычайно широко распространены в природе, они являются главнейшими минералами, слагающими земную кору.

Самородные элементы. В самородном состоянии в природе известны около 40 химических элементов, но большинство из них встречается очень редко.

Нахождение элементов в самородном виде связано со строением их атомов, имеющих устойчивые электронные оболочки. Химически инертные в природных условиях элементы называются благородными; самородное состояние для них является наиболее характерным. К ним относятся золото Au, серебро Ag, платина Pt и элементы группы платины. Очень часто в самородном состоянии встречаются углерод С, сера S и медь Cu.

Реже встречаются так называемые полуметаллы: мышьяк As, сурьма Sb, висмут Bi. Такие минералы как железо Fe, свинец Pb, олово Sn, ртуть Hg, встречаются как самородные крайне редко и нахождение их представляет лишь научный интерес. Некоторые элементы (хром, алюминий) вообще не встречаются в самородном виде.

Сульфиды. Сернистых и аналогичных им минералов насчитывают более 200 видов, но общее содержание их в земной коре невелико и не превышает 0.15%.

С химической точки зрения они являются в основном производными сероводорода H 2 S. В некоторых редких минералах место серы занимают Se и Te. По аналогии с сульфидами также выделяют арсениды и антимониды. Во всех этих соединениях широко развиты изоморфные замещения одних элементов другими.

Наибольшее распространение имеют дисульфиды и сульфиды железа, на долю которых приходится около 4/5 всех сульфидов. Обычными сульфидами являются сульфиды меди, свинца, цинка, серебра, сурьмы и т.д. В виде изоморфных примесей в состав сульфидов входит целый ряд редких и рассеянных элементов, не образующих самостоятельных минералов.

Сульфиды за небольшим исключениями имеют металлический блеск, большую плотность и невысокую твёрдость. Встречаются они в виде кристаллов, друз, чаще - в виде сплошных зернистых масс и вкрапленников.

Происхождение сульфидов главным образом гидротермальное, а также магматическое, скарновое и для некоторых экзогенных - осадочное.

При окислении сульфиды разлагаются и легко переходят в различные вторичные минералы: карбонаты, сульфаты, окислы и силикаты, устойчивые в поверхностных условиях.

Сульфиды имеют большое практическое значение - это важнейшие руды свинца, цинка, меди, серебра, никеля и других металлов.

По структурному принципу среди сульфидов можно выделить сульфиды координационной, цепочечной, слоистой и других структур. Так, например, сульфиды можно классифицировать, выделяя структурные мотивы: координационный, островной, цепочечный, слоистый.

Окислы - соединения элементов с кислородом, в гидроокислах присутствует также вода. В земной коре на долю окислов и гидроокислов приходится около 17%, из них на долю кремнезёма (SiO 2) около 12.5%.

Наиболее распространёнными минералами этой группы являются окислы кремния, алюминия, железа, марганца и титана.

В кристаллических структурах минералов класса окислов катионы металлов находятся в окружении анионов кислорода (в окислах) или гидроксила (в гидроокислах). Среди окислов можно выделить простые окислы, в которых отношения между катионами и анионами изменяются в пределах от 2:1 до 1:2 (R 2 O, R 2 O 3 , RO 2) и сложные окислы, для которых характерны двойные соединения типа RO*R 2 O 3 .

Происхождение минералов класса окислов различное - магматическое, пегматитовое, гидротермальное, но большинство окислов образовалось в результате экзогенных процессов в верхних слоях литосферы. Многие эндогенные минералы при выветривании разрушаются и переходят в окислы и гидроокислы.

Физические свойства окислов различны: для большинства из них характерна высокая твёрдость. Минералы класса окислов имеют большое практическое значение.

Карбонаты и сульфаты. Карбонаты - многочисленная группа минералов, которые имеют широкое распространение. В структурном отношении все карбонаты относятся к одному основному типу - анионы 2- представляют собой изолированные радикалы в форме плоских треугольников.

Большинство карбонатов безводные простые соединения, главным образом Ca, Mg и Fe с комплексным анионом 2- . Менее распространены сложные карбонаты, содержащие добавочные анионы (OH) - , F - и Cl - . Среди наиболее распространённых безводных карбонатов различают карбонаты тригональной и ромбической сингоний.

Карбонаты обычно имеют светлую окраску: белую, розовую, серую и т.д., исключение представляют карбонаты меди, имеющие зелёную или синюю окраску. Твёрдость карбонатов около 3-4.5; плотность невелика, за исключением карбонатов Zn, Pb и Ba.

Важным диагностическим признаком является действие на карбонаты кислот (HCl и HNO 3), от которых они в той или иной степени вскипают с выделением углекислого газа.

По происхождению карбонаты осадочные (биохимические или химические осадки) или осадочно-метаморфические минералы; выделяются также поверхностные, характерные для зоны окисления и иногда низкотемпературные гидротермальные карбонаты.

Сульфаты - соли серной кислоты. Они имеют светлую окраску, небольшую твёрдость, многие из них растворимы в воде.

Основная масса сульфатов имеет осадочное происхождение - это химические морские и озёрные осадки. Многие сульфаты являются минералами зоны окисления, известны сульфаты и как продукты вулканической деятельности.

Различают сульфаты безводные, водные и сложные, содержащие кроме общего для всех анионного комплекса 2- также добавочные анионы (ОН) - .

Основой классификации минералов является химический состав минералов. По этому признаку различают такиеклассы минералов:

Силикаты

Гидрооксиды (гидроокислы)

Карбонаты

Сульфаты

Сульфиды

Фосфаты

Галоиды

Самородные элементы

Органические соединения

Классы минералов и химический состав минералов :

Может быть выражен химическими формулами – эмпирическими и структурными. Эмпирические формулы показывают количественное соотношение элементов, входящих в состав минерала. Например, эмпирическая формула ортоклаза может иметь вид K2 Al2 Si6O16. Эта формула очень удобна для описания состава, но она не отражает характера взаимодействия связи элементов в структуре минерала. Эту же формулу можно дать в виде молекулярных соединений различных оксидов, что удобно для выражения реакций, в которых участвуют минералы. Такая формула будет называться структурной и ее можно записать в таком виде: K2 ОAl2 О 3 6SiO2

Различает две основные группы:

1) Постоянного химического состава (например SiO2, FeS2). Эту группу

минералов изучать достаточно просто;

2) Минералов, образующие непосредственные соединения, довольно сложные для изучения. К этим соединениям относятся минералы, имеющие различные примеси (газы, растворы, взвешенные частицы и в виде отдельных элементов, входящих в кристаллическую решетку вещества, не нарушая ее формы).

Многие минералы, имея один и тот же химический состав минералов , могут иметь различную структуру и внешний облик кристаллов, текстуру, а значит и различные физические свойства. Такое свойства минералов называется полиморфизмом. Примером полиморфизма может служить углерод. В зависимости от условий кристаллизации он может образовать две полиформных разновидностей – алмаз и графит, имеющие различное расположение атомов углерода в пространстве.

Вода, входящая в химический состав минералов , подразделяется по прочности связи: конституционная (наиболее прочно связана с кристаллической решеткой, кристаллизационная (тоже связанная с кристаллической решеткой, но менее прочно и поэтому может быть удалена при высоких температурах); циолитная (вода как бы растворенная в кристалле). Присоединение конституционной воды означает образование особой формы минерала, а ее удаление разрушает минерал.

Присоединение кристаллизационной воды и ее удаление при высоких температурах заметно отражается на многих физических и химических свойствах минерала. Например, присоединяя кристаллизационную воду, ангидрит переходит в гипс. При этом увеличивается его объем до 60%. Циолитовую воду минералы могут относительно просто терять и восстанавливать, изменяя при этом некоторые свои свойства (показатель преломления, структуру).

Классы минералов – статья на сайте “студент строитель.ру”

). , в отличие от , обычно не считают минералом. По мнению В. И. Вернадского, однако, минералами являются не только твердые прир. образования, но также и .

Понятие минерал употребляют для обозначения минеральных индивида, вида и разновидности. Минер. индивиды-отдельные или кристаллич. зерна. Их размеры варьируют от 1-100 нм (коллоидные минералы) до неск. м. Минер. вид-совокупность минер. индивидов однотипной структуры, хим. состав к-рых может изменяться в определенных пределах без изменения структуры. Минералы одинакового состава, но разной структуры-полиморфные модификации (напр., и , и арагонит) - относят к разным минер. видам. Непрерывные ряды твердых р-ров (изоморфные смеси) условно делят на неск. минер. видов. Так, в двухкомпонентных твердых р-рах выделяют обычно три минер. вида (с содержанием одного из компонентов 100-75, 75-25 и 25-0 мол. или ат. %), реже два (0-50 и 50-100 мол. или ат. %), а в трехкомпонентных-семь или три. Минер. разновидность выделяют внутри минер. вида по особенностям структуры, состава, морфологии и св-в. Известно ок. 3000 минер. видов и почти столько же разновидностей.

Называют минералы по составу, месту находки, особенностям морфологии, характерному св-ву, в честь ученых, путешественников, космонавтов, политич. деятелей и т.д.

Структура. Структурными единицами в узлах кристаллич. решетки м. б. (как, напр., в ), (напр., Na + , UO 2 2+ , NH + 4 , Н 3 О + , Cl - , CO 3 2- , PO 4 3-), а также (S 8 в , As 4 S 4 . в реальгаре). Они удерживаются в структуре благодаря ионной, ковалентной, металлич. и , а также . В т. наз. гомо(изо)десмич. структурах имеется только один тип связи (ковалентная в , ионная в галите, металлическая в ); но гораздо чаще встречаются гетеро(анизо)десмич. структуры с неск. типами связи. Пространств. расположение структурных единиц, связанных наиб. прочными связями, определяет геом. "мотив" структуры: островной (в т.ч. кольцевой), цепочечный, ленточный, слоистый, каркасный, координационный. В структуре каждого минерала выделяют элементарную ячейку с соответствующей и параметрами (см. ).

Реальная структура минералов отличается от идеальной наличием (вакансии в отдельных узлах кристаллич. решетки, примесные или в узлах или между узлами, изменение у части ) и . Упорядочение вакансий может приводить к увеличению одного из параметров элементарной ячейки. Для слоистых минералов ( , молибденит и др.) характерна , при к-рой происходит небольшой сдвиг слоев (пакетов) относительно друг друга с изменением периодичности в их чередовании. В результате разл. политипы одного минерала отличаются друг от друга параметрами вдоль одной из осей (причем эти параметры кратны одной и той же величине). При этом может происходить изменение вида элементарной ячейки вплоть до изменения сингонии. Однако существ. перестройки структуры, как при , не происходит.

Кроме того, или в нек-рых минералах могут распределяться по узлам кристаллич. решетки закономерно или статистически; соответственно различают упорядоченные и неупорядоченные структуры.

Химический состав и формулы. В состав минералов входят все стабильные и долгоживущие элементов периодич. системы, кроме (хотя Аr и Не могут накапливаться в минералах как продукты радиоактивного распада). Различают видообразующие элементы и элементы-примеси, содержание к-рых в минералах составляет соотв. единицы-десятки и единицы-доли процента по массе. К последним обычно относят редкие и : Rb, Cs, Ra, Sc, Ga, In, Tl, Ge, Hf, Th, РЗЭ, Re, I, Br и др., к-рые, как правило, не образуют самостоятельных минералов. Примеси м. б. структурными (изоморфными) или механическими (адсорбир. элементы и соед., газово-жидкие микровключения, микроскопич. и суб-микроскопич. включения др. минералов), что связано с условиями образования минерала и с особенностями его кристаллич. структуры.

По числу (один, два или больше) видообразующих элементов среди минералов выделяют соотв. простые в-ва, бинарные и более сложные соединения. Бинарные соед. преобладают среди (напр., Au 2 Bi, Pd 3 Sn, Pt 3 Fe), (Fe 3 C, FeSi, CrN), характерны для нек-рых халькогенидов (PbS, NiSe, Bi 2 Te 3 , NiAs, FeSb 2), простых (MgO, Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO 2), галогенидов (NaCl, KCl, MgF 2 , CaF 2). К более сложным соед. относятся нек-рые (Au 8 PbTe, CuPt 2 Fe), и (Fe 2 NiP, Fe 20 Ni 3 C), большая часть халькогенидов (Cu 5 FeS 4 , CoAsS, Ag 3 SbS 3), и сложные (АlOОН, FeCr 2 O 4), все кислородсодержащих к-т {Ca s 3 (F, Сl, ОН)}, часть галогенидов (NH 4 Cl, KMgCl 3 . 6H 2 O) и все т. наз. галогеносоли (Na, Na 3 ). Характерная особенность , и - наличие полимерных , В в строении анионного радикала принимают участие (кроме Si и О) Аl, В и Be.

Состав нек-рых минералов относительно постоянен ( , и др.), однако большинство минералов имеют переменный состав, как, напр., члены изоморфных рядов в двух-, трех- и .

Состав минералов выражается хим. ф-лой. Эмпирич. ф-ла отражает соотношения входящих в состав минерала элементов, к-рые располагаются в ней слева направо по мере увеличения номера группы в периодич. системе, а для элементов одной группы-по мере уменьшения их , напр. кобальтин CoAsS, сподумен Li 2 O Аl 2 О 3 4SiO 2 . К р и с т а л л о х и м. ф-ла отражает связь состава со структурой. Она записывается по определенным правилам: сначала ; затем , при этом комплексные заключают в квадратные скобки; после т. наз. дополнит. (F - , Cl - , ОН - , О 2-); обычно записываются в конце ф-лы; изоморфные элементы ставят в круглые скобки через запятую. Можно указать мотив полимерного : цепочечный или ленточный (), слоистый (), каркасный (). Напр., кристаллохим. ф-ла кобальтина имеет вид Co, сподумена- , талька-Mg 3 (OH) 2 , альбита- . указывают справа вверху от символа элемента, а координац. число-слева вверху в круглых скобках, напр.: магнетит Fe 2+ Fe 2 3+ O 4 , андалузит (6) Al (5) Al О. Ф-лы минералов, для к-рых характерны разнообразные изоморфные замещения, записывают в обобщенном виде, напр. блеклые М + 10 М 2 2+ , где М + -Сu, Ag; M 2+ -Fe, Zn, Сu, Hg, Cd, Mn; Y-As, Sb, Bi, Те; X-S, Se.

В составе минералов может присутствовать : связанная, или конституционная, в ионизир. виде (ОН - , Н 3 О +); кристаллизационная в виде Н 2 О, кол-во к-рых в элементарной ячейке постоянно, и свободная (адсорбированная, капиллярная, межслоевая и др.), кол-во к-рой непостоянно, что обозначается n . Н 2 О или aq. Минерал может содержать одновременно неск. типов , что отражается в кристаллохим. ф-лах, напр.: Са 2Н 2 О, гидромусковит (К, Н 3 O +) Аl 2 (OH) 2 nН 2 O.

Реальный состав минерала всегда отличается от идеальной ф-лы минер. вида. Так, ф-ла минер. вида сфалерита-ZnS, а в результате хим. анализа конкретного образца сфалерита м. б. получена, напр., такая ф-ла: (Zn 0,70 Fe 0,15 Mn 0,10 Cd 0,03 In 0,02)S.

О п т и ч. с в-в а минералов включают преломление, отражение и поглощение света, блеск, цвет, . Они также связаны с составом и структурой минералов. Преломление света наблюдается у прозрачных минералов (кислородные и галогенные соед.) и характеризуется показателем преломления п. Отражение света наблюдается в большей степени у непрозрачных и полупрозрачных минералов ( , халько-гениды, и ) и характеризуется коэф. отражения R. По величинам п и R диагностируют минералы под микроскопом в проходящем или отраженном свете. Свето-поглощение (оптич. плотность) характеризует как прозрачные ( , горный хрусталь), так и полупрозрачные (сфалерит, ) и непрозрачные (магнетит, ) минералы. Блеск минералов, наблюдаемый визуально,-одна из форм светоотражения. Он бывает металлическим, полуметаллическим, алмазным, стеклянным, жирным, матовым и др. Цвет минералов объясняется частичным поглощением видимого света и обусловлен присутствием в структуре ионов-хромофоров в качестве видообразующих элементов или изоморфных примесей, а также структурными , газово-жидкими включениями и микроскопич. включениями окрашенных минералов. Нек-рые минералы способны люминесцировать при облучении, нагревании, раскалывании, в результате .

Э л е к т р и ч. с в-в а выявляются у минералов при воздействии на них электркч. поля, в нек-рых случаях-при нагр. или мех. . По величине электропроводности минералы делят на проводники ( , ), (мн.

Классификация минералов построена по химическому составу:

1. Самородные элементы: сера, графит.

2. Сульфиды: пирит.

3. Оксиды и гидроксиды: кварц, опал, лимонит.

4. Карбонаты: кальцит, доломит, магнезит;

5. Сульфаты: гипс, ангидрит;

6. Галоиды: галит;

7. Силикаты: оливин, пироксены (авгит), амфиболы (роговая обманка), каолинит, слюды (мусковит, биотит), полевые шпаты (альбит, ортоклаз, микроклин, лабрадор).

Каждый минерал обладает присущими только ему физическими свойствами. Большинство минералов имеют кристаллическое строение, т.е. элементы их слагающие, расположены в пространстве строго упорядочено, образуя кристаллическую решетку.

Аморфные минералы в отличие от кристаллических не имеют закономерного внутреннего строения (опал, магнезит аморфный), представляют из себя однородную массу, похожую на пластилин, кость.

Изучение минералов можно вести макроскопическим методом. Для более точного изучения применяются микроскопические исследования.

Макроскопический метод основан на изучении внешних признаков минералов. К таким признакам относятся морфологический облик и физические свойства минералов.

Внешний облик минералов:

1. Иногда минералы встречаются в виде одиночных правильных многогранников. Их называют кристаллами (кварц, гипс, кальцит).

2. Семейства кристаллов, сросшихся основаниями, образуют друзы и щетки (кальцит, кварц).

3. Чаще всего минералы встречаются в виде зернистых агрегатов, масса которых состоит из мелких зерен неправильной формы.

4. Если зерна имеют определенную геометрическую форму, то образуются: а) игольчатые, шестоватые, призматические; зерна вытянутые в одном направлении (роговая обманка); б) пластинчатые, листоватые – вытянутые в двух направлениях (слюда, гипс).

5. Конкреции – сферические сростки зерен со скорлуповатым или радиально-лучистым строением.

6. Жеоды – скопление зерен на стенках пустот в горных породах. Рост минералов происходит от стенок к центру пустоты.

Физические свойства минералов

Изучение физических свойств позволяет распознавать минералы. Наиболее характерные свойства для каждого минерала называются диагностическими.

Цвет минералов очень разнообразен. Некоторые минералы могут быть разных цветов (кварц – молочный, водяно-прозрачный, дымчатый). Для других минералов цвет – постоянное свойство и может служить диагностикой (сера – желтая). Есть минералы, которые меняют свой цвет в зависимости от освещения. Например, лабрадор при повороте на свету отсвечивает синим, зеленым цветом. Это свойство называют ирризацией.

Цвет черты – это цвет минерала в порошке. Некоторые минералы имеют в порошке другой цвет, чем в куске (пирит – соломенно-желтый, черта – буровато-черная).

Блеск может быть металлическим (пирит), полуметаллическим (блеск потускневшего металла – графит) и неметаллическим (стеклянный, жирный перламутровый, матовый – кварц, сера, слюда, каолин).

Спайность – способность минералов раскалываться по определенным направлениям с образованием ровных полированных плоскостей. Бывает весьма совершенная спайность – минерал легко расщепляется на листочки (слюда); совершенная спайность – минерал раскалывается при слабом ударе молотком на геометрические правильные формы (кальцит); средняя спайность – при расколе образуются плоскости, как ровные, так и неровные поверхности (полевые шпаты); несовершенная спайность – плоскости спайности практически не обнаруживаются (кварц, сера). Излом минералов, обладающих несовершенной спайностью всегда или неровный, или раковистый (кварц).

Твердость – это степень сопротивления минерала внешним механическим воздействиям. Для определения твердости принята шкала Мооса, в которой используются минералы с известной и постоянной твердостью (таблица 1).

Шкала твердости Мооса

Таблица 1 –

Последовательность действий при определении твердости минералов: минералом чертят по стеклу (тв. 5). Если остается царапина на стекле, то твердость минерала равна или больше 5. Тогда используют эталонные минералы с твердостью больше 5. Например, если испытуемый минерал оставляет царапину на эталоне с твердостью 6, а при царапании его кварцем получается глубокая царапина, то его твердость 6,5.

Для некоторых минералов характерны особые, только им присущие свойства. Так карбонаты вступают в реакцию с соляной кислотой (в куске «вскипает» кальцит, в порошке – доломит, в горячей кислоте – магнезит).

Галоиды обладают характерным вкусом (галит – соленый).

Минералы характеризуются различной устойчивостью к выветриванию. Одни минералы разрушаются физически, образуя обломки, другие минералы испытывают химические превращения, преобразуясь в другие соединения (таблица 2).

Устойчивость минералов к выветриванию

Таблица 2

Группа по степени устойчивости	Наименование минералов	Характер изменений
Наиболее устойчивые, нерастворимые	Кварц Мусковит Лимонит	Физическое размельчение без изменения химического состава
Среднеустойчивые, нерастворимые	Ортоклаз Альбит Авгит Роговая обманка	Физическое разрушение и гидролиз: образуются вторичные минералы: каолинит, лимонит, опал
Менее устойчивые, нерастворимые	Лабрадор Биотит	То же, но процесс протекает интенсивнее
Слабоустойчивые, нерастворимые	Пирит Оливин	Окисление: образуется лимонит и серная кислота Окисление: образуется серпентин, хлорит, магнезит
Слаборастворимые	Доломит Кальцит	Физическое размельчение и растворение
Среднерастворимые	Ангидрит Гипс	Растворение, гидратация, дегидратация
Сильнорастворимые	Галит	Интенсивное растворение, пластическое течение при длительном действии одностороннего воздействия

Методика определения минералов.

Для выполнения практической работы необходимо пользоваться определителем минералов .

Последовательность выполнения работы:

1. Определить облик зерен агрегата минерала.

2. Определить цвет минерала, если минерал темного цвета, то провести минералом по фарфоровой пластинке для определения цвета черты (порошка).

3. Определить блеск минерала.

4. Для определения интервала твердости провести минералом по стеклу.

5. Минералы средней твердости (3-3,5) надо проверить на реакцию с

10 %-ным раствором соляной кислоты.

6. Попытаться найти на образце ровные полированные грани – т.е. определить спайность.

7. По набору признаков в определителе найти название и состав минерала.

8. Отметить в состав каких горных пород входит данный минерал.

Данные по минералам внести в таблицу 3.

Характеристика породообразующих минералов

Таблица 3

Список минералов для изучения:

1. Самородные элементы: графит, сера.

2. Сульфиды: пирит.

3. Оксиды и гидроксиды: кварц, халцедон, опал, лимонит.

4. Галогениды: галит, сильвин.

5. Карбонаты: кальцит, доломит, магнезит.

6. Сульфаты: гипс, ангидрит.

7. Силикаты: оливин, гранат, авгит, роговая обманка, тальк, серпентин, каолин, слюды, хлорит, ортоклаз, микроклин, альбит, нефелин.

Контрольные вопросы

1. Что такое минералы?

2. Какие минералы называются породообразующими?

3. В каком виде встречаются минералы?

4. Для каких минералов цвет является диагностикой?

5. Что такое цвет черты, примеры.

6. Какой бывает блеск у минералов?

7. Как определяется твердость минералов?

8. Что такое спайность?

9. Какие минералы могут растворяться в воде?

10. Какие минералы набухают?

11. Что такое гидратация и дегидратация?

12. Какие минералы самые устойчивые к выветриванию?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

геологии. – М.: Недра, 1988. c. 5-7, 11-49.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ИЗУЧЕНИЕ МАГМАТИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД

Цель работы: приобрести навыки в определении магматических горных пород. Изучить инженерно-строительные характеристики магматических горных пород и их применение в строительстве.

Оборудование: учебная коллекция магматических пород, лупы,

шкала Мооса.

Общие сведения о горных породах.

Горными породами называют самостоятельные геологические тела, состоящие из одного или нескольких минералов более или менее постоянного состава и строения.

По способу и условиям образования все породы делятся на магматические, осадочные и метаморфические.

Минералогический состав горных пород различен. Они могут состоять из одного (мономинеральные) или нескольких минералов (полиминеральные).

Внутреннее строение горных пород, характеризуется их структурой и текстурой.

Структура – это строение породы, обусловленное формой, размерами и взаимоотношениями ее составных частей.

Текстура породы определяет распределение ее составных частей в пространстве.

Все горные породы классифицируются по условиям образования на магматические, осадочные и метаморфические породы.

Условия образования магматических горных пород.

Магматические горные породы образуются в результате остывания магмы. Магма – это каменный расплав силикатного состава, образующийся на больших глубинах в недрах Земли. Магма может остывать в глубине земной коры под покровом вышележащих пород и на поверхности или близ поверхности Земли. В первом случае процесс остывания протекает медленно, и вся магма успевает раскристаллизоваться. Структуры таких глубинных пород полнокристаллические, зернистые.

При быстром поднятии магмы на поверхность земли температура ее падает быстро, от магмы отделяются газы и пары воды. В этом случае породы или полностью не раскристаллизованы (стекловатая структура), или раскристаллизованы частично (полукристаллическая структура).

Глубинные породы называют интрузивными. Их структуры могут быть: мелкозернистая (зерна <0,5 мм), среднезернистая (размер зерен 0,5-1 мм), крупнозернистая (от 1 до 5 мм), гигантозернистая (> 5 мм), неравномернозернистая (порфировидная).

Излившиеся породы называют эффузивными. Их структуры – порфировая (в скрытокристаллической массе выделяются отдельные крупные кристаллы), афанитовая (плотная скрытозернистая масса), стекловатая (порода почти целиком состоит из нераскристаллизовавшейся массы – стекла).

Текстуры магматических пород: интрузивные породы почти всегда массивные. В эффузивных породах наряду с массивной текстурой встречаются пористые и пузырчатые.

Физико-химические условия образования пород на глубине и на поверхности резко различны. По этой причине из магмы одного и того же состава в глубинных и поверхностных условиях образуются разные породы. Каждой интрузивной породе соответствует определенная излившаяся порода.

Наряду с классификацией магматических пород по условиям залегания, их классифицируют по химическому составу в зависимости от содержания кремнекислоты SiO 2 (таблица 4).

Классификация магматических пород.

Таблица 4

Состав породы	Породы интрузивные (глубинные)	Породы эффузивные (излившиеся)
химический	минералогический
Кислые SiO 2 > 65 %	Кварц, полевой шпат, слюда	Гранит	Липарит, пемза, кварцевый порфир, обсидиан
Средние SiO 2 (65-52 %)	Калиевый полевой шпат, плагиоклаз, роговая обманка Плагиоклаз, роговая обманка	Сиенит Диорит	Трахит, ортофир Андезит, андезитовый порфирит
Основные SiO 2 = 52-40 %	Плагиоклаз, пироксен Плагиоклаз	Габбро Лабрадорит	Базальт, диабаз
Ультраосновные SiO 2 < 40 %	Оливин Оливин, пироксен Пироксен	Дунит Перидотит Пироксенит

Инженерно-строительная характеристика магматических горных пород.

Все магматические горные породы имеют высокую прочность, значительно превышающую нагрузки, возможные в инженерно-строительной практике, нерастворимы в воде и практически водонепроницаемы (кроме трещиноватых разностей). Благодаря этому они широко используются в качестве оснований ответственных сооружений (плотин). Осложнения при строительстве на магматических породах возникают в том случае, если они трещиноваты и выветрелы: это приводит к уменьшению плотности, повышению водопроницаемости, что значительно ухудшает их инженерно-строительные свойства.

Применение в строительстве.

Интрузивные магматические породы, такие как гранит, сиенит, диорит, габбро, лабрадорит применяются как облицовочный материал.

Базальты и диабазы применяются для каменного литья в качестве брусчатки для мощения улиц, минеральной ваты.

Ультраосновные породы используются как огнеупорное сырье. Пемза применяется как полировальный и абразивный материал. Обсидиан используется как поделочный камень. Широко используются магматические породы в качестве бутового камня и щебенки.

Методика определения магматических пород.

При установлении типа изверженной породы необходимо прежде всего выяснить, относится ли она к интрузивным или эффузивным. Интрузивные породы обладают полнокристаллической структурой – минералы видны невооруженным глазом, и вся масса породы представляет собой агрегат кристаллических зерен. В эффузивных породах только часть вещества (порфировые вкрапленники) приобрела кристаллическую структуру, а вся остальная масса состоит из вещества, зернистое строение которого неразличимо.

Следующий этап – определение минерального состава. Кислые и средние горные породы окрашены в серые тона, основные и ультраосновные породы – в темные и черные. Кварц в значительных количествах наблюдается только в кислых породах. Сиениты и диориты лишены кварца, в диорите содержится до 30 % роговой обманки.

Липариты, трахиты и андезиты различаются по минералам вкрапленников: в трахитах они представлены калиевым полевым шпатом, в андезитах – плагиоклазом и роговой обманкой, в липаритах – кварцем и полевым шпатом.

Габбро и ультраосновные породы окрашены в темные цвета. В габбро светлые зерна представлены плагиоклазом, ультраосновные породы состоят только из темноцветных минералов.

Определить внешние признаки магматических горных пород, находящихся в учебной коллекции и описать их в тетради по плану:

1. Название породы.

2. Группа по содержанию SiO 2 .

3. Группа по способу образования.

4. Структура.

5. Текстура.

7. Минеральный состав.

Контрольные вопросы.

1. Что называется горной породой?

2. Как классифицируются горные породы?

3. Что такое структура?

4. Какие структуры характерны для магматических пород?

5. Что такое текстура?

6. Какие текстуры характерны для магматических пород?

7. Как образуются магматические породы?

8. Чем отличаются интрузивные от эффузивных пород?

9. Как классифицируются магматические горные породы по содержанию SiO 2 ?

10. Назвать излившиеся аналоги гранитов, сиенитов, диоритов, габбро.

11. Каковы инженерно-геологические свойства магматических пород?

12. Как применяются в строительстве магматические породы?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Павлинов В.Н. и др. Пособие к лабораторным занятиям по общей

геологии.-М.: Недра, 1988. c. 50-64.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ИЗУЧЕНИЕ ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД

Цель работы: приобрести навыки в определении осадочных горных пород. Изучить инженерно-строительные характеристики осадочных горных пород. Изучить применение осадочных пород в строительстве.

Оборудование: учебная коллекция осадочных пород,

раствор 10 % соляной кислоты, лупы.

Условия образования осадочных пород

Осадочные горные породы образуются в поверхностной зоне земной коры в условиях невысоких температур и давлений.

Процессы выветривания приводят к разрушению первичных горных пород. Продукты разрушения перемещаются в основном водными потоками и, отлагаясь, постепенно образуют осадочные породы.

По способу образования минерального вещества осадочные породы делятся на обломочные, хемогенные и органогенные.

Обломочные породы образуются из обломков разрушенных пород, чаще всего они накапливаются как морские осадки.

Классификация обломочных пород основана на: 1) величине обломков; 2) степени их окатанности (окатанные и неокатанные) и 3) наличия или отсутствия цемента (рыхлые и сцементированные) (таблица 5).

Классификация обломочных пород.

Таблица 5

Группа пород	Размеры обломков, мм	Рыхлые породы	Сцементированные породы
окатанные	неокатанные	окатанные	неокатанные
Грубообло- мочные (псефиты)	> 200 200-10 10-2	Валуны Галька, галечник Гравий	Глыбы Щебень Дресва	Конгломераты валунные Конгломераты галечные Конгломераты гравийные	Глыбовые брекчии Брекчии
Песчаные (псаммиты)	2-1 1-0,5 0,5-0,25 0,25-0,1	Пески Грубозернистые Крупнозернистые Среднезернистые Мелкозернистые	Песчаники Грубозернистые Крупнозернистые Среднезернистые Мелкозернистые
Алевриты	0,1-0,01	Алевриты (лессы, суглинки, супеси)	Алевролиты
Пелиты	< 0,01	Глины	Аргиллиты

Структуры обломочных пород – обломочные, различающиеся по форме и размерам обломков (например, грубообломочная, окатанная). В глинистых породах – пелитовые.

Текстуры часто бывают слоистые, рыхлые.

Грубообломочные породы и пески имеют широкое распространение, характеризуются высокой пористостью и водопроницаемостью, обычно насыщены подземными водами. Вредными примесями в песках являются оксиды железа, гипс, слюды, глинистые частицы. Под нагрузкой эти породы обычно не уплотняются. При землетрясениях эти породы могут разжижаться.

В песках преобладают наиболее устойчивые минералы: кварц, слюды.

Глинистые породы характеризуются высокой пористостью (до 90 %), влажностью, пластичностью, липкостью, набуханием, усадкой. С увеличением влажности их прочность резко снижается, они могут перейти в текучее состояние. Несмотря на высокую пористость, их водопроницаемость незначительна, так как пористость сформирована замкнутыми микропорами. Глины в своем составе содержат более 30 % глинистых частиц (каолинит). Остальное приходится на долю пылеватых и песчаных частиц.

Лессовые породы относятся к числу очень распространенных пород на территории Казахстана. Эти полиминеральные породы, состоящие из пылеватых частиц кварца, полевых шпатов, кальцита, слюд. Характерными признаками лессов является их низкая водопрочность, они быстро размокают и размываются, а также способны к просадке. Она выражается в способности лессов уменьшать свой объем при увлажнении.

Алевролиты и аргиллиты образуются при «окаменении» песчано-пылеватых и глинистых пород. Эти породы слоистые, легко выветриваются, иногда размокают в воде.

Хемогенные породы образуются в результате выпадения из водных растворов химических осадков. Такой процесс происходит в жарком сухом климате в усыхающих водоемах. Они классифицируются по составу.

Карбонатные породы – плотные известняки с тонкозернистой структурой состоят из кальцита, доломиты с мелкозернистой структурой состоят из доломита. Легко определяются при помощи кислоты НСl (известняк – в куске, доломит – в порошке). Текстуры массивные.

Галоидные породы – каменная соль (соленая) и сильвинит (горько-соленый). Структуры кристаллически-зернистые, текстуры массивные или слоистые.

Сульфатные породы

Гипс – порода, состоящая из минерала гипса, светлого цвета, мелкозернистая.

Ангидрит – порода, состоящая из минерала ангидрита, бело-голубоватого цвета, плотная, мелкозернистая.

Общей особенностью хемогенных пород является их растворимость в воде. К легкорастворимым относятся каменная соль и сильвинит, к среднерастворимым – гипс, ангидрит, к труднорастворимым – известняк, доломит.

Биохемогенные породы образуются в результате накопления и преобразования останков животных и растений, часто с примесью неорганического материала.

Карбонатные породы

Органогенные известняки состоят из раковин кальцитового состава. Если можно определить название организмов, из которых состоит известняк, то по ним дается название породе. Например, коралловый известняк, известняк-ракушечник.

Мел – слабосцементированная порошковая порода, состоит из кальцитовых остатков планктонных водорослей.

Мергели – карбонатно-глинистая порода, светлой окраски с раковистым сколом. Реагирует с НСl, причем на поверхности породы остается грязное пятно.

Структуры органогенных пород – органогенные, текстуры – плотные, пористые.

Кремнистые породы:

Диатомит – легкая мелоподобная порода белого цвета, состоит из остатков диатомитовых водорослей опалового состава.

Трепел – легкая, слабосцементированная порода желтоватого цвета, состоящая из опала.

Опока – серая, темно-серая до черной порода, фарфоровидная. Также состоит из опала.

Яшма – плотная и твердая порода, состоит из халцедона – скрытокристаллического кварца. Красиво окрашена (красные, зеленые, полосчатые окраски).

Инженерно-строительные свойства осадочных пород.

Горные породы, находящиеся в сфере деятельности человека, называются грунтами.

Крупнообломочные грунты. Прочность этих грунтов зависит от состава обломков и их упаковки. Наибольшую прочность имеют грунты, состоящие из обломков магматических пород. Упаковка обломков может быть рыхлой и плотной. В разнозернистых грунтах упаковка более плотная.

Песчаные грунты. Наиболее опасными разновидностями песчаных пород являются плывуны. Это водонасыщенные пески, которые при вскрытии их котлованами, разжижаются и приходят в движение.

Глинистыегрунты. Глинистые минералы, имея размер < 0,001 мм, являются дисперсными частицами, т.е. для них характерен электрический заряд. Поэтому эти частицы притягивают к своей поверхности диполи воды. Вокруг каждой частицы образуется пленка воды, включающая два слоя: ближе к частице – прочно связанная вода, дальше – рыхлосвязанная.

Свойства глин находятся в большой зависимости от влажности. Если содержится только прочносвязанная влага, то глина будет иметь свойства твердого тела, если содержится и рыхлосвязанная влага, глина становится пластичной и текучей.

Для глин характерны особые свойства, такие как набухание, усадка, водонепроницаемость, липкость.

Сцементированные обломочные породы. Их прочность зависит от состава цемента. Самый прочный цемент – кремнистый, малопрочный – глинистый.

Карбонатные и сульфатные породы – известняк, мел, гипс, ангидрит – способны растворяться в подземных водах с образованием карстовых пустот.

Применение осадочных пород в строительстве.

Осадочные горные породы чаще всего являются основанием под здания и сооружения и очень широко применяются как строительный материал.

Крупнообломочные породы часто применяются как балластный материал при строительстве железнодорожных и шоссейных дорог.

Некоторые конгломераты и песчаники являются красивым облицовочным материалом.

Применение глин очень разнообразно: изготовление кирпичей, грубой посуды, черепицы, минеральных красок, в качестве составной части портландцемента.

Диатомиты и трепелы применяются для производства жидкого стекла, различных влагопоглощающих материалов (сорбентов), цемента.

Яшмы ценятся как облицовочный и поделочный материал.

Мел и известняк являются сырьем для цемента, извести. Известняк-ракушечник является стеновым материалом.

Доломиты находят применение в качестве флюсов и огнеупоров в металлургии.

Мергели – сырье для цементной промышленности.

Методика определения осадочных пород.

Определение осадочных пород следует начинать с изучения внешнего вида и вскипания с кислотой. Прежде всего следует определить группу, к которой принадлежит данная порода (обломочные, химические, органогенные).

Глинистые породы имеют землистый облик. Внимательно рассмотреть текстуру и структуру породы. По минеральному составу большинство осадочных пород мономинеральны, т.е. состоят из одного минерала. Самые распространенные минералы – кварц, опал, кальцит, доломит, гипс.

Изучить осадочные горные породы, представленные в учебной коллекции. Выполнить их описание в тетради по плану:

1. Группа по происхождению.

2. Название породы.

3. Минеральный состав.

4. Окраска, излом, плотность.

5. Структура.

6. Текстура.

7. Инженерно-геологические особенности.

8. Применение в строительстве.

Контрольные вопросы

1. В каких условиях образуются осадочные горные породы?

2. Как классифицируются осадочные горные породы?

3. Принципы классификации обломочных пород.

4. Структуры и текстуры обломочных пород.

5. Минеральный состав обломочных пород.

6. Инженерно-геологические свойства обломочных пород и их применение.

7. На какие классы делятся хемогенные породы? Их минеральный состав.

8. Структуры и текстуры хемогенных пород.

9. Инженерно-геологические свойства хемогенных пород и их применение.

10. Инженерно-геологические свойства органогенных пород и их применение.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Павлинов В.Н. и др. Пособие к лабораторным занятиям по общей геологии. – М.: Недра, 1988. с. 64-76.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ИЗУЧЕНИЕ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД

Цель работы: приобрести навыки в определении метаморфических горных пород. Изучить инженерно-строительные характеристики метаморфических пород и их применение в строительстве.

Оборудование: учебная коллекция метаморфических горных пород,

лупы, раствор 10 % соляной кислоты, шкала Мооса.

Условия образования метаморфических горных пород.

Метаморфические горные породы возникают в результате преобразования ранее существовавших осадочных, магматических и метаморфических пород, происходящего в земной коре. Метаморфизм происходит под воздействием высокой температуры и давления, а также высокотемпературных паров, газов и воды. Эти преобразования выражаются в изменении минерального состава, структуры, текстуры породы.

Для метаморфических пород характерна полнокристаллическая структура. Наиболее характерными текстурами являются: сланцеватая, полосчатая, массивная.

Метаморфические породы состоят из минералов, устойчивых к высоким температурам и давлению: кварц, плагиоклазы, калиевый полевой шпат, слюды, роговая обманка, авгит и кальцит.

Кроме того, в метаморфических породах встречаются минералы, характерные только для этого процесса: хлорит, гранат, тальк.

В зависимости от исходной породы при метаморфизме возникают ряды пород различной степени метаморфизма.

1. Из осадочных глинистых пород на начальной стадии метаморфизма образуются кровельные сланцы. Дальнейшее усиление метаморфизма приводит к полной перекристаллизации глинистого вещества с образованием филлитов. Они состоят из серицита (мелкочешуйчатого мусковита), хлорита и кварца. При повышении температуры и давления филлиты переходят в кристаллические сланцы. В зависимости от состава это могут быть слюдяные, хлоритовые или хлорит-слюдяные сланцы. На высшей степени метаморфизма появляются гнейсы. Их минеральный состав – микроклин, плагиоклаз, кварц, слюда, иногда гранаты, т.е. гнейсы по минеральному составу близки к гранитам, от которых отличаются ориентированной гнейсовой текстурой.

2. При метаморфизме песчаников формируются кварциты (минеральный состав – кварц). Это крепкие массивные породы.

3. Известняки при метаморфизме переходят в мраморы, которые состоят из кальцита, имеют зернисто-кристаллическую структуру и массивную текстуру.

4. При метаморфизме ультраосновных пород (дуниты, перидотиты) образуются змеевики (серпентиниты).

5. При термальном метаморфизме песчано-глинистых пород образуются роговики – крепкие мелкозернистые породы массивной текстуры. Из карбонатных пород в этом случае возникают скарны, состоящие из пироксенов, гранатов. Эти породы имеют важное практическое значение, так как к ним приурочены месторождения полезных ископаемых – железа (Соколовско-Сарбайское месторождение), меди, молибдена, вольфрама.

Инженерно-геологические свойства метаморфических пород.

Массивные метаморфические породы обладают высокой прочностью, практически водонепроницаемы и, за исключением карбонатных, не растворяются в воде.

Ослабление показателей прочности происходит за счет трещиноватости и выветрелости.

Для сланцеватых горных пород характерна анизотропность свойств, т.е. прочность значительно ниже вдоль сланцеватости, чем перпендикулярно ей. Такие метаморфические породы образуют тонкоплитчатые подвижные осыпи.

Наиболее прочными и устойчивыми породами являются кварциты. Метаморфические породы широко применяются в строительстве. Мраморы, кварциты – это облицовочный материал.

Кровельные сланцы (филлиты) служат материалом для покрытия зданий.

Тальковые сланцы – огнеупорный и кислотоупорный материал.

Кварциты применяются как сырье для производства огнеупорного кирпича – динаса.

Методика определения метаморфических горных пород.

Определение метаморфических пород нужно начинать с установки их минерального состава. Затем определяется текстура, структура, цвет и исходная порода.

Изучить по внешним признакам метаморфические породы, находящиеся в учебной коллекции. Описать их в тетради по следующему плану:

1. Название;

3. Структура и текстура;

4. Минеральный состав;

5. Исходная порода;

6. Инженерно-геологические особенности;

7. Применение в строительстве.

Контрольные вопросы

1. Как образуются метаморфические породы?

2. Какие преобразования происходят в первичных породах при метаморфизме?

3. Какие характерные структуры и текстуры встречаются в метаморфических породах?

4. Какие минералы характерны для метаморфических пород?

5. Какие факторы воздействуют на прочность метаморфических пород?

6. Как применяются в строительстве метаморфические породы?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Павлинов В.Н. и др. Пособие к лабораторным занятиям

по общей геологии. – М.: Недра, 1988. с. 77-85.

ЛАБОРОТОРНАЯ РАБОТА № 5

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ КАРТЫ И РАЗРЕЗЫ

Цель работы: освоить принцип построения геологических карт и разрезов. Научиться читать условные знаки геологических карт. Приобрести навыки определения условий залегания горных пород по геологическим картам.

Общие сведения

Геологическая карта отражает геологическое строение земной поверхности и примыкающей к ней верхней части земной коры. Геологическая карта строится на топографической основе. На ней с помощью условных знаков показывается возраст, состав и условия залегания обнаженных на земной поверхности горных пород.

Так как более 90 % поверхности суши покрыто породами четвертичного возраста, то на геологических картах показывают коренные породы без четвертичного чехла.

Для целей строительства используются геологические карты крупномасштабные (1:25000 и крупнее).

При составлении геологических карт необходимо знать возрастную (геохронологическую) последовательность пород, участвующих в строении изучаемого района.

В настоящее время создана единая геохронологическая шкала, отражающая историю развития земной коры.

В шкале приняты следующие временные и соответствующие им стратиграфические (стратум – слой) подразделения (таблица 6).

Геохронологические и стратиграфические подразделения

Таблица 6

Геохронологическая шкала

Таблица 7

Эра (группа)	Период (система)	Индекс	Длительность млн. лет	Эпоха (отдел)	Индекс	Цвет на карте
Кайнозойская KZ 65 млн. лет	Четвертичный	Q	1,7-1,8	Голоцен Плейстоцен	Q 2 Q 1	Бледно-серый
Неогеновый	N		Плиоцен Миоцен	N 2 N 1	Желтый
Палеогеновый	Р		Олигоцен Эоцен Палеоцен	Р 3 Р 2 Р 1	Оранжево-желтый
Мезозойская МZ 170 млн. лет	Меловой	К		Верхнемеловая Нижнемеловая	К 2 К 1	Зеленый
Юрский	J	55-60	Верхнеюрская Среднеюрская Нижнеюрская	J 3 J 2 J 1	Синий
Триасовый	Т	40-45	Верхнетриасовый Среднетриасовый Нижнетриасовый	Т 3 Т 2 Т 1	Фиолетовый
Палеозойская РZ	Пермский	Р	50-60	Верхнепермская Нижнепермская	Р 2 Р 1	Оранжево-коричневый
Каменно-угольный	С	50-60	Верхнекаменно-угольная Среднекаменно-угольная Нижнекаменно-угольная	С 3 С 2 С 1	Серый
Девонский	С		Верхнедевонский Среднедевонский Нижнедевонский	Д 3 Д 2 Д 1	Коричневый
Силурийский	S	25-30	Верхнесилурийский Нижнесилурийский	S 2 S 1	Серо-зеленый (светлый)
Ордовикский	О	45-50	Верхнеордовикский Среднеордовикский Нижнеордовикский	О 3 О 2 О 1	Оливковый
Кембрийский	Є	90-100	Верхнекембирский Среднекембирский Нижнекембирский	Є 3 Є 2 Є 1	Сине-зеленый (темный)
Протерозойская PR						Сиренево-розовый
Архейская AR						Розовый

Условные знаки на географических картах.

Для указания состава, времени формирования и условий залегания горных пород на геологических картах применяются цветовые, буквенные, цифровые и штриховые условные знаки.

Цветовые знаки применяются для обозначения возраста горных пород, а также состава интрузивных и вулканических пород (см. геохронологическую шкалу). Буквенными и цифровыми обозначениями (индексами) обозначается возраст, а для интрузивных и вулканических пород – и их состав. Например (рисунок 1):

Рисунок 1 – Обозначение возраста пород

Стратиграфические термины употребляются в отношении горных пород, например: породы каменноугольной системы (а не периода).

Для обозначения генезиса осадочных пород применяются строчные латинские буквы: m – морские, g – ледниковые, а – аллювиальные. Например: аQ – аллювиальные четвертичные отложения.

Интрузивные и эффузивные породы индексируются с помощью прописных греческих букв: γ – граниты, δ – диориты,ξ – сиениты, ν – габбро, σ – дуниты.

Штриховые обозначения применяются обычно на геологических картах, выполненных одним цветом, а также на разрезах и в стратиграфических колонках

Наиболее часто употребляемые штриховые обозначения показаны на рисунке 2.

1 – пески; 2 – песчаники; 3 – галечники; 4 – конгломераты; 5 – кремнистые породы (яшмы, опоки, диатомиты); 6 – известняки; 7 – доломиты; 8 – глины; 9 – мергели; 10 – породы кислого состава; 11 – их лавы и туфы; 12 – породы среднего состава; 13 – их лавы и туфы; 14 – породы основного состава; 15 – их лавы и туфы.

Рисунок 2 – Штриховые условные знаки

Слой и слоистость.

Слоем (или пластом) называют более или менее однородный обособленный осадок (или горную породу), ограниченный поверхностями наслоения.

Верхняя поверхность называется кровлей, нижняя – подошвой. Расстояние между кровлей и подошвой характеризует его мощность.

Возможны два случая соотношения слоистых толщ. В первом – каждая вышележащая толща без следов перерыва в накоплении осадков залегает на подстилающих слоях, образуя согласное залегание пород.

Во втором случае между толщами стратиграфическая последовательность прерывается и в результате появляется стратиграфическое несогласие, которое может быть и угловым (рисунок 3).

Рисунок 3 – Несогласное залегание горных пород

Стратиграфические колонки и геологические разрезы.

Геологические карты обычно сопровождаются стратиграфическими колонками и разрезами. На стратиграфической колонке в возрастной последовательности снизу вверх от древних к молодым условной штриховкой изображаются дочетвертичные осадочные, вулканические и метаморфические породы, развитые на территории. Интрузивные образования на колонке не показываются.

Геологические разрезы представляют собой изображение залегания пород на плоскости вертикального сечения земной коры от ее поверхности на ту или иную глубину.

Горизонтальный и вертикальный масштабы разрезов должны соответствовать масштабу карты (кроме случаев, когда залегание пород горизонтальное). На каждом разрезе показывают: гипсометрический профиль местности, линию уровня моря, шкалу вертикального масштаба с делениями через 1 см на обоих концах разреза.

Разрезы раскрашиваются и индексируются в соответствии с геологической картой.

При горизонтальном залегании слоев разрезы обычно строят через самую высокую и низкую точки рельефа.

При строительстве важно знать геологическое строение верхней части земной коры. Верхние горизонты в основном характеризуются горизонтальным залеганием пород.

Методические указания и задание для построения геологического

В приложении (выдается преподавателем) дана геологическая карта бассейна р. Кача и стратиграфическая колонка. Необходимо изучить последовательность залегания пород по колонке, их описание, возраст, мощность. На листе ватмана размером А4 приклеить ксерокопию карты, а стратиграфическую колонку начертить слева от карты. Условные обозначения поместить справа. Геологический разрез выполняется внизу (рисунок 4).

Геологическая карта бассейна р. Кача

Масштаб 1:25000

Б

Геологический разрез по АБ

Масштабы гор.

Рисунок 4 – Расположение элементов чертежа

Построение разреза начинают с вычерчивания профиля разреза. Для этого на листе ватмана проводят несколько горизонтальных линий, расстояние между которыми должно быть равно сечению рельефа горизонталями в масштабе карты. В заданной карте горизонтали секут рельеф через 10 м, что в масштабе 1:10000 составит 1 мм. Линейки ограничиваются вертикальными линиями, располагающимися на расстоянии, соответствующем длине разреза. У вертикальных линеек с обеих сторон разреза указываются высоты, соответствующие высоте горизонталей на карте, пересекаемых линией разреза. Далее измеряют на карте расстояния до линии разреза до пересечения с горизонталями и переносят эти расстояния на линейки, имеющие те же высотные отметки. Полученные точки соединяют плавной кривой, которая и будет представлять собой профиль рельефа.

Вычертив кривую рельефа поверхности Земли по линии разреза, переносят на нее все точки пересечения линии разреза с геологическими границами. Для этой цели можно пользоваться либо циркулем-измерителем, либо отдельной узкой полоской бумаги. Найдя точки выхода геологических границ на поверхности рельефа, проводим горизонтальные линии между стратиграфическими комплексами. На концах разреза ставятся буквы А и Б, а на сам разрез наносятся индексы и условная штриховка для пород.

Построить геологический разрез по линии, предложенной преподавателем, используя учебную карту в приложении (выдается преподавателем).

Контрольные вопросы

1. Что изображается на геологической карте?

2. Какого масштаба используются геологические карты и разрезы для строительных целей?

3. Как определяется абсолютный возраст горных пород?

4. Как определяется относительный возраст горных пород?

5. Что лежит в основе стратиграфического метода определения относительного возраста?

6. Что лежит в основе палеонтологического метода?

7. Какие условные знаки применяются на геологических картах?

8. В чем важность геологических разрезов для строительства сооружений?

Список литературы

Павлинов В.Н. и др. Пособие к лабораторным занятиям по общей

геологии. – М.: Недра, 1988. С. 86-102.

ЛАБОРОТОРНАЯ РАБОТА № 6

ОЦЕНКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ

УСЛОВИЙ СТРОИТЕЛЬСТВА

Цель работы: приобрести навыки обработки первичных данных инженерно-геологических изысканий и их оценки. Оборудование: лист ватмана 70х30 см, чертежные принадлежности.

Современные методы строительства позволяют осваивать даже очень трудные по природным условиям участки, однако это требует больших дополнительных капиталовложений. Оценка целесообразности таких затрат и пригодности той или иной территории для строительства всегда связана с установлением объема необходимых для освоения участка инженерных мероприятий. С этой целью проводятся инженерно-геологические изыскания, анализ которых позволяет:

1. оценить инженерно-геологические условия возведения сооружений, оценить возможное влияние сооружений на состояние и свойства пород и устойчивость территории в целом;

2. установить характер инженерных мероприятий, обеспечивающих устойчивость и надежность сооружений.

Выполняя эту заключительную работу, студент получает некоторые навыки обработки первичных данных инженерно-геологических изысканий и их оценки.

В качестве исходных материалов используются данные разведочного бурения и нивелировки.

Работа складывается из двух этапов:

1) построение геологического разреза по данным бурения скважин;

2) составление пояснительной записки к построенному разрезу.

Методика построения геологического разреза.

Студент выполняет тот вариант задания, номер которого совпадает с последней цифрой его шифра. По данным нивелировки и бурения построить геологический разрез в масштабах: горизонтальный 1: 5000, вертикальный

1: 500. Данные по бурению в приложении (выдается преподавателем).

Для построения разреза необходим лист ватмана 70 х 30 см. Чертеж выполняется в карандаше.

С левой стороны листа чертим вертикальную масштабную линейку в принятом масштабе (1: 500). Максимальная отметка на этой линейке равна максимальной абсолютной отметке рельефа местности (по данным нивелировки), минимальная – самой низкой абсолютной отметке забоя скважины (глубина проходки скважины). Под масштабной линейкой проводим условную базисную линию, равную длине разреза. Далее на базисную линию наносим в горизонтальном масштабе (1: 5000) расстояние между точками в соответствии с данными нивелировки. Из точек восстанавливаем перпендикуляры до абсолютных отметок поверхности земли (устья скважин). Соединив устья скважин плавной линией, получаем линию топографического профиля (поверхности земли). Рядом с устьем скважин указываем номер и абсолютную отметку устья скважины . На осевых линиях скважин небольшими горизонтальными штрихами показываем границы распространения мощности в м тех или иных пород сверху вниз, а рядом указываем условными обозначениями литологический состав и возраст пород, то есть наносим разрезы данных буровых скважин.

Далее штрихи, изображающие границы одинаковых по составу и возрасту пород в соседних скважинах, соединяем. Если порода, обнаруженная в одной скважине, в соседней отсутствует, то на разрезе изображаем ее постепенным выклиниванием к середине расстояния между скважинами. После увязки всех границ пород участки между скважинами заштриховываем согласно условным обозначениям (рисунок 2).

Отметку появления уровня грунтовых вод отмечаем рядом с выработкой справа на высоте, соответствующей данной отметке.

Положение уровня грунтовых вод соединяем в единую пунктирную линию, а установившиеся уровни напорных вод показываем рядом с выработкой вертикальной стрелкой на высоту напора воды (от отметки появления до отметки установления напорных вод).

Условные обозначения горных пород располагаем в строгой последовательности от более молодых к более древним и наносим справа от разреза (сверху вниз) или под разрезом (слева направо). Разрез подписываем внизу. Например: «Геолого-литологический разрез по линии скважин (1-5)». Под названием посередине помещаем масштаб горизонтальный и вертикальный.

К геолого-литологическому профилю необходимо приложить пояснительную записку, включающую описание:

1) рельефа местности;

2) геологического строения;

3) гидрогеологических условий;

4) инженерно-геологических условий строительства.

Рельеф местности.

Необходимо указать тип рельефа (горный или равнинный), степень его пересеченности и абсолютные отметки отдельных элементов. Особое внимание обращается на описание долины реки: протяженность, ширину, глубину русла реки, наличие террас, их высоты над уровнем воды, ширину, крутизну коренных склонов.

По расположению относительно русла выделяют симметричные и асимметричные террасы, а также двухстороннюю и одностороннюю пойму. По условиям образования террасы подразделяются на аккумулятивные (сложенные целиком аллювием), эрозионные (сложенные целиком коренными породами) и цокольные (у которых часть склона над рекой представлена коренными породами, покрытыми сверху толщей аллювия).

Геологическое строение.

Здесь приводится литолого-стратиграфическая характеристика пород и условия их залегания.

Вначале приводится возраст коренных пород и условия их залегания, а также генетические разновидности четвертичных отложений.

Элювий (е) – обломочный материал формируется под влиянием выветривания и образует скопление на месте разрушения.

Делювий (d) – обломочный материал переносится по склону дождевой или талой водой и накапливается на склоне или у подножия возвышенностей.

Пролювий (р) – продукты разрушения, выносимые мощными временными потоками (селями) к подножию возвышенностей и располагающиеся в виде конусов выноса.

Аллювий (а) – отложения, сформированные в речных долинах речными потоками.

Коллювий (q) – обломочные отложения, перемещенные вниз по склону под действием силы тяжести.

Флювиогляциальные (fq) – отложения потоков талых ледниковых вод ниже края ледника.

Затем приступают к детальному описанию породы по плану:

а) название породы, группа по генезису, возраст;

б) минералогический состав, структура, текстура;

в) мощность и ее изменение по профилю;

г) условия залегания.

Описание пород ведется в возрастной последовательности от древних к молодым.

Гидрогеологические условия.

При характеристике гидрогеологических условий отмечается наличие различных типов подземных вод и общее количество водоносных горизонтов. Для каждого водоносного горизонта приводятся следующие сведения: тип подземных вод (верховодка, грунтовые, межпластовые, трещинные), напорные или ненапорные.

Необходимо обратить внимание на гидравлическую связь между соседними водоносными горизонтами (связь устанавливается по совпадению пьезометрических уровней между напорными горизонтами, или с горизонтом вышележащих грунтовых вод).

Инженерно-геологические условия строительства.

Оценка инженерно-геологических условий строительства дается в виде анализа инженерно-геологических свойств пород (плотность, влажность, водопроницаемость, устойчивость к механическим воздействиям, просадочность, набухание, оползание, карстообразование и другие геологические явления).

Требования к составу и оформлению работы.

Объем пояснительной записки – 5-6 страниц рукописного текста на листах формата А4. Титульный лист выполняется по общепринятым требованиям к письменной работе с указанием номера варианта.

Для выполнения работы потребуется литература .

Текст должен быть лаконичным и в то же время развернутым и исчерпывающим.

В конце работы приводится список используемой литературы.

Контрольные вопросы

1. Какие инженерно-геологические исследования проводятся на территории проектируемого строительства?

2. Какими породами сложен район?

3. Каковы условия залегания горных пород?

4. Как выражены в районе экзогенные процессы?

5. Какие подземные горизонты характерны для района?

6. Каковы инженерно-геологические свойства пород, слагающих район?

7. Какие инженерно-геологические процессы характерны для района?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Ананьев В.П. Инженерная геология. – М.: Высшая школа, 2000.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Рудненский индустриальный институт

РАССМОТРЕНО

На заседании кафедры РМПИ

Пр. № 8 от 12.05.05

Зав. кафедрой _______________ Е.А.Фионин

ОДОБРЕНО

На заседании МК ГСФ

Пр. № 1 от 29.09.05

Председатель МК ГСФ _______ Г.Д. Гурьевская

УТВЕРЖДЕНО

На заседании УМС

Пр. № от ____

Председатель УМС __________ Е.С.Зулкарнаев

Кафедра «Разработка месторождений полезных ископаемых»

Р.В. Шитова

Методические указания

к лабораторным занятиям

по дисциплине «Геотехника»

Рудный 2005

Св. план 2005-2006 уч. год

Св. план 2006-2007 уч. год.

Р.В. Шитова

Методические указания

к лабораторным занятиям по дисциплине «Геотехника»

для студентов специальности 050729 «Строительство»

Подписано в печать

Тираж экз. Формат 21*30/2. Бумага листовая для ксероксной техники.

Печать ксероксная. Объем уч.-изд.л. Заказ №

Издание Рудненского индустриального института

Редакционно-издательский центр РИИ