к выполнению лабораторных работ
по курсу «Геология” для специальности География
Введение
Методические указания по предмету “Геология” предназначены для студентов обучающихся по специальности География
Пособие состоит из двух частей:
1. Минералы
2. Горные породы
В пособии изложены общие сведения о минералах и горных породах, процессах их образования, приведены физические свойства минералов игорных пород, на основе которых составлены краткие определители наиболее распространенных минералов и горных пород.
Основная цель практических занятий - закрепление знаний полученных студентами на теоретических занятиях и приобретение навыков использования их практически.
К выполнению практических занятий студент должен приступать только после изучения соответствующего раздела теоретического курса, с использованием коллекций минералов и горных пород, лабораторного оборудования. Занятия проводятся подгруппой 10-15 человек, в которой каждый студент проводит работу индивидуально. На первых двух занятиях студенты знакомятся с коллекциями минералов и горных пород, а также с правилами техники безопасности и пожарной безопасности при работе в кабинете геологии геоморфологии и топографии.
При выполнении практических занятий студенты заносят в тетрадь описания минералов и горных пород и сверяют свои записи с определителями, после чего тетрадь сдается преподавателю для проверки работ.
Пропущенные занятия студент обязан отработать в сроки указанные преподавателем.
Допуск к зачету (экзамену) дается после прохождения студентом всех тем практических занятий.
Часть 1.
Минералы.
Минерал - термин, имеющий несколько определений.
Наиболее существенное разногласие в толковании понятия минерал касается вопроса об агрегатном состоянии вещества. Большинство относит к ним лишь твердые вещества, некоторые же и жидкости и газы.
Минералы представляют собой природные химические продукты - соединения, реже элементы, образовавшиеся в результате физико-химических реакций сопровождающих геологические процессы на различных стадиях развития Земной коры. Характерная особенность минералов - их относительная однородность, обусловленная определенным химическим составом и закономерным расположением соответствующих атомов в структуре.
В подавляющем большинстве случаев минералы являются кристаллическими телами и характеризуются закономерным расположением элементарных частиц (атомов, ионов, молекул). Внешне такие кристаллы имеют форму различных многогранников - кубов, призм, дипирамид, и т. д. и характеризуются симметрией, т. е. закономерной повторяемостью одинаковых ребер, граней, углов при вращении кристалла в пространстве.
Однако существуют несколько природных твердых тел, которые также относят к минералам, имеющие хаотичное (беспорядочное) расположение составляющих их частиц. Такие минеральные образования называются аморфными или некристаллическими минералами. Примерами их могут служить вулканические стекла и опал.
Наиболее широко распространенные в природе минералы (их порядка 50-60) играющие главную роль в строении горных пород получили название породообразующих. Всего же в настоящее время известно около 3000 минералов.
Классификация минералов
Для систематического изучения минералов необходима их классификация.
цель любой классификации - сгруппировать вместе какие либо предметы по сходству их признаков и, расположив эти предметы в определенном порядке, тем самым облегчить их познание.
В настоящее время по принадлежности к определенному типу химических соединений все минералы принято делить на следующие классы:
1. Самородные элементы
2. Сульфиды (включая сульфосоли)
3. Окислы и гидроокислы
4. Галоиды
5. Карбонаты, (нитраты, бораты, иодаты)
6. Сульфаты, (хроматы, молибдаты, вольфраматы)
7. Фосфаты
8. Силикаты
Самородные элементы
В земной коре в чистом виде встречается целый ряд химических элементов, однако, ни один из них не образует значительных масс горных пород. Тем не менее, некоторые самородные элементы, такие как золото, серебро, медь, углерод (графит и алмаз) и сера встречаются в существенных количествах и с древнейших времен привлекают к себе внимание человека.
Важнейшие самородные элементы можно классифицировать следующим образом
Металлы
Группа золота Au, Ag, Cu.
Группа платины Pt, Pd, (Pt, Jr), (Os, Jr)
Группа железа Fe, (Ni, Fe)
Полуметаллы и неметаллы
Группа мышьяка As, Sb, Bi
Группа серы S
Группа углерода С - графит, С - алмаз
Самородные металлы имеют следующие схожие признаки:
1.сильный металлический блеск
2. Низкую или среднюю твердость (2,5 -3 - Au, Ag, Cu, 4,5- платиноиды)
3. Большой удельный вес (7,8-23)
4. Ковкость (пластичность)
5. Окраску свойственную металлам: серо-стальную, золотисто-желтую,
серебряно- белую, медно-красную.
Полуметаллы As, Sb, Bi встречаются в самородном виде чрезвычайно редко в мышьяковых, сурьмяных и висьмутсодержащих сульфидных рудах.
Самородные неметаллы графит, алмаз и сера общих свойств не имеют (за исключением химического состава графита и алмаза).
Сульфиды и сульфосоли
Сульфиды - это соли сероводородной кислоты H2S.
Главнейшие элементы, образующие сульфиды - Fe, Zn, Cu, Mo, Ag, Hg, Pb, Bi, Co, Mn, V, Ga, Ge, As, Sb.
Сульфосоли - минералы являющиеся солями тиокислот и представляющие собой сернистые аналоги кислородных солей, в которых кислород заменен серой. Выделяются минералы тиомышьяковистой H3 [AsS3], тиосурьмянистой H3[SbS3], тиовисмутистой H3[BiS3] кислот.
Более редки соли тиомышьяковой H3 [AsS4], тиосурьмяной H3[SbS4], тиованадиевой H3[VS4] и тиооловянной H3[SnS4] кислот.
Общими свойствами для сульфидов и сульфосолей являются:
1. Металлический блеск (иногда алмазный )
2. Низкая или средняя твердость (исключая сульфиды железа )
3. Большой удельный вес
4.Окраска типичная для металлов.
Класс объединяет более 200 минералов, которые составляют около 0,15 % от веса земной коры. Наиболее распространенными минералами являются пирит, халькопирит, арсенопирит, галенит, молибденит, киноварь, антимонит и другие.
Окислы и гидроокислы.
К этому классу относятся соединения химических элементов с кислородом.
Минералы этого класса широко распространены в природе и составляют около 17% от веса земной коры (из них на долю окислов кремния приходится 12,4%).
По внешнему виду окислы весьма разнообразны, но по совокупности свойств класс делится на две группы. В первую входят окислы кремния и алюминия (они обычно светлоокрашены, имеют стеклянный или алмазный блеск, высокую твердость-7-9, средний удельный вес); во вторую - окислы и гидроокислы металлов (железа, марганца, хрома) имеют: полуметаллический блеск, темную, часто черную окраску, черную или цветную черту высокую твердость, большой удельный вес.
Гидроокислы менее тверды, обладают меньшим удельным весом, чем окислы. Многие минералы второй группы образуются за счет окисления других, образовавшихся на больших глубинах и оказавшихся затем в зоне окисления земной коры минералов. Например, лимонит может образовываться за счет окисления магнетита, гематита, пирита и т. д.
Минералы этого класса широко распространены во всех почвах.
Галоиды.
К этому классу относятся около 100 минералов, являющихся солями галоидно-водородных кислот (Н С1, НF, НВ2,HJ)
Наиболее распространены хлориды (соли НС1) и фториды (соли НF) Характерными признаками хлоридов (галит, сильвин, карналит и др.) является:
1. светлая окраска (иногда - бесцветны, прозрачны). Есть окрашенные разности-красного, синего, желтоватого, серого цветов;
2. стеклянный блеск.
3. низкая твердость (до 2-2.5) и малый удельный вес (около 2)
4. спайность совершенная
8. растворимы в воде, благодаря чему хлориды обладают вкусом.
фториды (флюорит) не растворим в воде удельный вес 3,18 и твердость 4.
Карбонаты.
Минералы этого класса соли угольной кислоты. Для них характерна способность вступать в реакцию соляной кислотой
СаСОз +2НС1= СаСl2 +Н2О + СО2
Карбонаты различают по интенсивности данной реакции.
Известно около 80 минералов этого класса, составляющих 1,7% отвеса земной коры.
Многие из них являются породообразующими минералами осадочных и метафорических пород, ценными рудами на железо, цинк, свинец, медь. Минералы этого класса накапливаются в большом количестве в почвах. Общими свойствами для карбонатов является:
1. Светлая окраска (исключая карбонаты меди и железа)
2. Блеск стеклянный
3. Спайность - совершенная
4. Средняя твердость
5. Средний удельный вес
Наиболее широко распространены в природе такие минералы как кальцит, доломит, сидерит, анкерит, малахит и т. д.
Сульфаты.
Несмотря на то, что известно более 250 минералов класса сульфатов, распространенность их небольшая
На их долю падает 0,1% всей массы. Образуются они в основном в результате осаждения солей серной кислоты в лагунах и озерах при окислении сульфидов. Это светлые, чаще всего легкие, с малой твердостью минералы, среди которых различают водные (мирабилит, гипс), безводные (ангидрит, барит).
Наиболее распространены гипс и ангидрит, слагающие толщи хемогенных осадочных пород.
Фосфаты – соли фосфорных кислот. Наиболее распространенным является апатит Ca5(F, Cl)(PO4)3 и фосфориты – осадочные образования близкие по составу к апатиту с примесью кварца, карбонатов, глинистых частиц.
Силикаты
Самый распространенный класс минералов
Во всех силикатах каждый ион кремния находится в соединении с 4 ионами кислорода образуя кремнекислородный тетраэдр.
В зависимости от способов соединения тетраэдров через их вершины силикаты разделяют на:
Островные
В структуре этого типа кремнекислородные тетраэдры не имеют общих вершин и удерживаются в решетке ионами других элементов. Благодаря плотной упаковке ионов эти минералы обладают большой твердостью и довольно высоким удельным весом. К ним из распространенных минералов относятся оливин и гранаты.
Кольцевые силикаты
В случае если тетраэдры соединяются в кольца из трех, четырех или шести тетраэдров, то такие силикаты называются кольцевыми (берилл, турмалин)
Цепочечные и ленточные силикаты
К ним относятся важные породообразующие минералы многих магматических и метаморфических пород. Цепочечные силикаты составляют группу пироксенов, из которых наиболее распространен авгит. ^
К ленточным силикатам относится группе амфиболов, из которых важнейшее породообразующее значение имеет роговая обманка.
Физические свойства амфиболов и пироксенов близки. Для них характерны:
1. вытянутая форма кристаллов;
2. совершенная спайность (в направлении удлинения кристаллов);
3. твердость 5,5.6;
4. средний удельный вес (2.9-3.6);
5. черный или темно-зеленый цвет (у большой части минералов). Необходимо отметить, что пироксены (авгит) и роговую обманку часто можно отличить только год микроскопом. Внешним отличием минерала может служить угол между направлениями спайности, который у пироксенов близок к 90°, а у роговой обманки составляет 1240
Слоистые силикаты.
Это силикаты с непрерывными слоями кремнекислородных тетраэдров.
К слоистым силикатам относятся слюды, тальк, хлориты, серпентин и др. Слоистые силикаты имеют важное породообразующее и практическое значения. Общими признаками слоистых силикатов являются:
1. листоватое или чешуйчатое строение;
2. весьма совершенная спайность в одном направлении;
3. низкая твердость (1-2,реже до 3)
4. небольшой удельный вес (легкие минералы).
На долю слюд приходится около 3% массы литосферы. Среди слюд наиболее распространены мусковит и биотит.
Каркасные силикаты
Минералы этой группы характеризуются непрерывным сцеплением кремнекислородных тетраэдров через все четыре вершины, в результате чего образуется их каркас.
К этой группе относятся полевые шпаты - самые распространенные природе минералы. На их долю приходится свыше 55 % массы всех минералов литосферы. Они являются важнейшими породообразующими минералами большинства магматических, многих метаморфических и некоторых осадочных пород.
Физические свойства минералов
Каждый минерал обладает определенным химическим составом и имеет характерное для него внутреннее строение. Эти две важные особенности обуславливают довольно постоянные и индивидуальные физические свойства минералов
Для каждого минерала есть свои, присущие лишь ему признаки. При определении минералов по внешним признакам необходимо учитывать всю совокупность их свойств, рассматривая в первую очередь общие для всех минералов признаки, а затем и индивидуальные особенности отдельных минералов.
Главнейшими свойствами минералов являются: цвет, цвет черты, прозрачность, блеск, излом, спайность, твердость, удельный вес, и другие свойства.
Цвет минералов является важным диагностическим признаком. Минералы могут иметь самую разнообразную окраску, всевозможные оттенки или быть бесцветными, прозрачными. Практически цвет определяют на глаз, сравнением с хорошо знакомыми предметами (молочно-белый, соломенно-желтый, кирпично-красный и т. д.). Для обозначения цвета минералов имеющих металлический блеск к названию, добавляют название распространенного метала (свинцово-серый, оловянно-белый, латунно-желтый, медно-красный и т. д.).
Окраска минералов зависит главным образом от химического состава самого минерала и от примесей. Такими элементами примесями являются железо, никель, кобальт, титан, хром, медь, уран и др.
Некоторые минералы меняют окраску в зависимости от изменения угла освещения (лабрадор, беломорит). Интерференция света на трещинках спайности придает этим минералам радужную окраску называемую иризацией.
Иногда кроме основной окраски минерала тонкая пленка на его поверхности имеет дополнительную, вызванную интерференцией в поверхностном слое минерала. Это явление называется побежалостью (халькопирит).
Цвет черты.
Многие минералы в растертом состоянии имеют другой цвет, чем в куске.
Цвет черты является более устойчивым диагностическим признаком, т. к. ряд минералов, имея одинаковый или сходный цвет в штуфе, различаются по цвету черты. ( гематит, гатит, магнетит, пирит пирротин, пентландит, халькопирит).
Цвет черты можно получить, проводя куском минерала по белой шероховатой фарфоровой пластинке (бисквиту), при условии, что его твердость ниже твердости фарфора.
Блеск минералов
Является важным диагностическим признаком и зависит от показателя преломления минералов и их способности отражать от своей поверхности свет.
По блеску все минералы можно разделить на три группы:
- с металлическим блеском
- с полуметаллическим
- неметаллическим.
Металлический - сильный блеск свойственный металлам. Им обладают непрозрачные минералы (самородные металлы, сульфиды, окислы железа)
Полуметаллическим блеском обладают минералы, поверхность которых имеет блеск потускневшей поверхности металлов. (графит, гематит, марматит)
Неметаллический блеск имеет обширная группа минералов.
Различают следующие виды неметаллического блеска: стеклянный, жирный, перламутровый, шелковистый, алмазный, матовый, и др.
Прозрачность
Способность минералов пропускать свет. По степени прозрачности минералы делятся на прозрачные, полупрозрачные (видны очертания предметов), просвечивающие, непрозрачные.
Спайность
Способность минералов раскалываться или расщепляться по параллельным плоскостям, в определенных (одному или нескольким) направлениям в кристаллической решетке, между пластинами которых проявляется наименьшая сила сцепления частиц.
Различают следующие виды спайности
Весьма совершенная спайность – возникает тогда, когда минерал легко расщепляется на отдельные тончайшие листочки или пластины, образуя, зеркально-блестящие плоскости спайности (слюды, гипс, молибденит, графит)
Совершенная спайность – минерал раскалывается на гладкие параллельные пластинки, кубы, или другие формы.
Средняя (ясная) – спайность характерная для минералов образующих при расколе, как плоскости спайности, так и поверхности с неровным изломом (полевые шпаты)
Несовершенная (неясная) – в этом случае при расколе минерала преобладают поверхности с неправильным изломом (апатит, оливин)
Весьма несовершенная – некоторые минералы не имеют плоскостей спайности и дают на сколе только незакономерные поверхности излома.
Необходимо уметь отличать плоскости спайности от граней кристаллов и плоскостей отдельности. Плоскости спайности в отличие от граней имеют более свежий вид и сильный блеск.
Излом
Для некоторых минералов характерным диагностическим признаком является излом, т. е. вид поверхности, образующийся при раскалывании минерала.
Излом может быть раковистый, занозистый, неровный, зернистый, землистый.
Твердость.
Твердость один из важнейших диагностических признаков. Под твердостью понимают степень сопротивляемости минерала механическому воздействию (царапанью, резанию, истиранию) для определения твердости минералов принята шкала Мооса, в которой используются минералы с известной и постоянной твердостью. Эти минералы расположены в порядке возрастания твердости, так что каждый предыдущий минерал царапается последующим. Кроме того, на практике нередко прибегают к помощи распространенных предметов (карандаш 1, ноготь-2 бронзовая монета 3,5-4, стекло 5 стальная игла-6 напильник 6,5-7)
Шкала Мооса
1. Тальк
2 .Гипс
3. Кальцит
4. Флюорит
5. Апатит
6. Ортоклаз
7. Кварц
8. Топаз
9. Корунд
10. Алмаз
Удельный вес
Для различных минералов удельный вес колеблется от 0,6 до 21 г/см3
Точное определение удельного веса возможно лишь в лабораторных условиях.
На практике пользуются приблизительным взвешиванием в руке с оценкой тяжелый, средний, легкий.
По удельному весу все минералы можно разделить на легкие до 2,5 , средние 2,5-4, и тяжелые более 4. Чаще всего встречаются минералы с удельным весом от 2 до 5.
Магнитность
Присуща немногим минералам (магнетит, пирротин, ферроплатина)
Реакция с соляной кислотой. Некоторые карбонаты разлагаются в холодной кислоте - кальцит, другие требуют измельчения в порошок - доломит, третьи подогревания - магнезит
Вкус – им обладают некоторые растворимые соли галит, сильвин.
Двойное лучепреломление – свойство присущее ряду минералов, но особенно хорошо выраженное у прозрачных разностей кальцита, называемых исландским шпатом. Если через исландский шпат рассматривать предмет возникает двойное его изображение.
Методика пользования определителем
Определение минералов удобнее всего с твердости как достаточно постоянной величины для большинства минералов, не зависящей от размеров образца или крупности зерен минерала в породе.
Минералы в диагностической таблице разделяются на три группы:
Мягкие минералы - твердость < 2,5 (могут царапаться ногтем);
Минералы средней твердости – 2,5-5,5 (могут царапаться лезвием ножа);
Твердые минералы - > 5,5 (царапают лезвие ножа).
Следующим отличительным признаком, используемым в таблицах, является блеск, по которому с большой долей уверенности можно судить относится ли минерал к соединениям металлов или неметаллов. Некоторые минералы – соединения металлов могут иметь и неметаллический блеск и быть помещены в таблицах с неметаллическим блеском.
Следующим критерием для дальнейшего подразделения минералов является цвет минерала и цвет его черты. По этому признаку минералы подразделяются на:
- бесцветные или белые минералы, если они не окрашены примесями;
- окрашенные минералы, имеющие белую черту;
- и окрашенные минералы, которые имеют окрашенную черту.
Определив твердость, блеск, цвет, цвет черты, спайность или излом и ориентировочно удельный вес можно ограничить круг минералов несколькими разновидностями и в дальнейшем, если минерал не определен перейти к более специфичным свойствам (прозрачность, габитус кристаллов, растворимость взаимодействие с 5-10 % соляной кислоты, магнитность и т. д.)
приложение 1
Диагностические таблицы
твердость менее 2,5- , блеск металлический
Название, формула | Твердость | Блеск | Цвет | Черта | Спайность | Удельный вес | Сингония и габитус | Характерные признаки |
Графит С | 1-2 | Полуметаллический | Черный | Черная | Совершенная | 2,09-2,23 | Гексагональная; гексагональные пластинки или массивный, чешуйчатый, землистый | Жирный на ощупь; гнущиеся неэластичные пластинки; пачкает бумагу; обычно встречается в метаморфических породах (мраморах, гнейсах, сланцах)с кальцитом |
Молибденит MoS2 | 1-1,5 | Металлический | Сине-серый | Сине-серая, на неглазурированном фарфоре, на бумаге - зеленовато - черная | Совершенная | 4,62-4,73 | Гексагональная; шестиугольные пластинки или массивный, листоватый | Сходен с графитом, но тяжелее его и с более сильным металлическим блеском; пачкает бумагу; обычно встречается вместе с кварцем и |
Висмут Bi | 2 - 2,5 | Полуметаллический | Серебряно - белый, обычно с темным красноватым отливом | Серебряно-белая | Совершенная | 9,7- 9,8 | Гексагональная; неотчетливые кристаллы, обычно воронкообразные; встречается в виде пластинчатых масс | Встречается в кварцевых жилах и некоторых пегматитах |
Ковеллин CuS | 1,5-2 | Металлический | Индигово-синий до черного | Черно-серая | Совершенная | 4,6-4,76 | Гекагональная; гексагональные пластинки, а также массивный, листоватый или зернистый | Малораспространенный минерал меди; обычно ассоциируется с халькозином или энаргитом |
Антимонит Sb2 S3 | 2 | Металлический | темно-серый до черного | Серая | Совершенная | 4,6 | Ромбическая; призматические вытянутые кристаллы, пластинчатый | Хрупкий ;встречается в гидротермальных кварцевых жилах и метасоматически измененных телах |
Пирраргит Ag3SbS3 Прустит Ag3 As S3 | 2-2,5 | Металлический | Темно-красный до черного | Красная | Ясная | 5,6-5,9 | Тригональная; призматические кристаллы, также массивный плотный или зернистый | Как правило, ассоциируется с галенитом в Pb-Ag — рудах |
Название, формула | Твердость | Блеск | Цвет | Черта | Спайность | Удельный вес | Сингония и габитус | Характерные признаки |
Аргентит Ag2S | 2-2,5 | Металлический | Черный | Темная серо-черная | Неясная | 7,2-7,4 | Кубическая; кубы или октаэдры, также массивный | Режется ножом, встречается с другими минералами серебра |
Твердость 2,5- 5,5 , блеск металлический
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 |
