Курс лекций по инженерной геологии (стр. 5 )

Пегматитовый тип. С остыванием последних порций магмы, обогащенной щелочами и окислами, насыщенной газами, связано так называемое пегматитовое образование минералов. Пегматитовые жилы, состоящие из крупных кристаллов кварца и полевого шпата, прорезают иногда магматические тела во всех направлениях. В эту стадию дифференциации магмы образуются многие рудные минералы и драгоценные камни. Из магматитовых жил добывают слюду, пьезокварц и ортоклаз. Пегматитовая стадия дифференциации магмы, согласно , начинается при температуре 700° и заканчивается при 500° С.

Пневматолитовый и гидротермальный типы. При внедрении магмы в земную кору или даже при ее поступательном движении, опережая ее, движутся выделяющиеся из нее газы. Среди них перегретые пары воды, сернистые, фтористые и хлористые соединения различных металлов и водорода, соединения бора, фосфора, серы и других компонентов. Они поднимаются по трещинам и разломам в земной коре. Из этих летучих соединений и образуются в трещинах и пустотах в земной коре, в остывающем магматическом теле (тоже в пегматитовых жилах) разнообразные минералы. При пневматолизе, в частности, образуются руды вольфрама, мышьяка, молибдена, висмута и др. При температурах ниже 500° С пневматолиз сопровождается гидротермальными процессами, с которыми связано образование золота, галенита, сфалерита, киновари, пирита, халькопирита, кальцита и др. При температурах ниже 375° гидротермальный тип образования может проявляться самостоятельно. К пневматолитовому типу происхождения относится также образование минералов из летучих соединений, выделяющихся при вулканических извержениях (самородная сера, гематит и др.).

Метаморфический тип образования характерен для большой группы минералов. Возникновение их связано с воздействием высоких температур и давлений на существующие минералы и горные породы. Такие условия возникают, например, на контакте внедрившейся магмы и вмещающих ее пород. Здесь образуется магнетит, гранаты, хлориты, тальк и многие другие скопления, которые часто имеют промышленное значение. Примерами являются месторождение магнитного железняка на Урале, месторождение графита в Восточных Саянах. В контактовой зоне образуются также пневматолитовые и гидротермальные минералы.

Гипергенные минералы возникают на поверхности Земли или в самых верхних слоях земной коры, а также в морях, лагунах, озерах и болотах. Образуются они при течении ряда химических реакций, нередко при участии влаги и газов атмосферы, в результате деятельности подземных вод и вод морей, океанов, болот и озер, а также в процессе жизнедеятельности организмов (сера, пирит и др.).

Известны и другие типы генезиса минералов. Необходимо иметь в виду, что один и тот же минерал может образоваться в различных условиях, приобретая при этом различные типоморф'-ные особенности. Совместное образование различных минералов в одних и тех же условиях получило название парагенезиса. По условиям образования часто определяют условия нахождения минералов в природе.

Минеральные массы в земной коре скопляются в виде штоков — тел неправильной формы, иногда громадных размеров, пластов (гипс), линз (кварц), жил, представляющих собой заполненные минеральной массой трещины в породах (асбест), конкреций (фосфориты), включений (пирит в породе), друз (флюорит), дендритов и других форм.

Лекция 3. Особенности минерального состава земной коры.

Общее число минералов не так уж велико — порядка 2000, из них широко распространены 400—500 видов. Уже теперь человек может искусственно синтезировать значительно большее количество соединений. По-видимому, ограниченное число минералов находится в связи, во-первых, с особенностями состава земной коры, а во-вторых, с определенными процессами, в результате которых возникают эти природные образования.

Рассматривая состав земной коры, мы видим, что восемь химических элементов практически слагают основную ее массу. Кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, калий, натрий и магний образуют более 99% массы земной коры. Но самое замечательное заключается в том, что наибольшим распространением пользуется кислород, который составляет почти половину массы коры. Если учесть объем, который занимают различные химические элементы благодаря своим ионным радиусам, земная кора предстанет перед нами как своеобразная твердая кислородная оболочка, состоящая в основном из кислородных ионов, занимающих более 90% всего объема, между которыми находятся остальные химические элементы. Итак, чем больше содержится химического элемента в земной коре, тем, как правило, больше встречается минералов, в состав которых он входит. Например, известно более 1000 минералов, в состав которых входит кислород, несколько сотен минералов кремния, более 200 минералов железа и всего несколько минералов кадмия.

К группе химических элементов, образующих большое число минералов (от 100 и более)  относятся: О, Н, Si, S, Са, Fе, Аl, С, Р, Nа, Мg, Мn, Рb и Аs.

Минералы некоторых химических элементов очень редки или до сих пор не обнаружены. Таковы Gа, Rb, In, Hf Re, Ra, некоторые элементы группы редких земель и платины. Элементы группы инертных газов также не образуют природных соединений с другими элементами.

Большая часть химических элементов образует от нескольких до десятков минералов.
Следует отметить, что наряду с образованием самостоятельных минералов, в состав которых данный химический элемент входит в значительном количестве и может быть отражен в их формулах, этот же элемент может присутствовать в других минералах, изоморфно( входя в их кристаллохимическую структуру или находясь в состоянии рассеяния). Это состояние, которое еще пока недостаточно хорошо изучено, особенно характерно для химических элементов, редко встречающихся в виде самостоятельных минералов или совсем их не образующих. Химические элементы, присутствующие в рассеянном состоянии, в формуле минерала не показывают.

Лекция 4. Классы минералов

Так как минералы — это химические соединения, то в основу их классификации положен химический состав. Выделяют следующие крупные группы (типы) минералов:

1) самородные элементы;

2) сернистые и близкие им соединения (сульфиды, арсениды, антимониды и др.);

3) галоидные соединения;

4) оксиды и гидроксиды;

5) кислородные соли, в том числе: а) карбонаты; б) сульфаты, хроматы, вольфраматы, молибдаты; в) фосфаты, арсенаты, ванадаты; г) силикаты и некоторые другие.

Среди всего многообразия минералов обратим внимание на следующие две категории — породообразующие минералы, составляющие основную массу горных пород, и минералы, имеющие промышленное значение, главным образом рудные. Они менее распространены по сравнению с породообразующими, хотя в отдельных местах встречаются в виде крупных скоплений (рудных залежей). Обзор минералов проводится в последовательности приведенной выше классификации.

1 Самородные элементы. В этот класс входят минералы, состоящие из одного химического элемента. В самородном виде встречаются углерод (графит), сера, золото, платина, серебро, медь, осмий, иридий, палладий, благородные газы, железо (в метеоритах).

Графит (С) встречается чаще в виде мелкочешуйчатых агрегатов, реже в виде мелких, таблитчатых шестиугольных кристаллов. Спайность в одном направлении. Листочки толстые, легко ломающиеся. Твердость 1, удельный вес 2,2. Цвет темно-серый до черного, черта темно-серая до черной, блестящая. Блеск металловидный, реже матовый. На ощупь жирный, пачкает руки, на бумаге оставляет черту (отсюда и название минерала от греч. графо — пишу). Образуется при воздействии магмы на карбонатные породы, а также благодаря диссоциации СаСО3 и миграции органического вещества. Встречается графит в метаморфических породах. Аморфная разновидность графита, образовавшаяся при метаморфизме каменных углей, называется шунгитом. Используется графит главным образом для изготовления карандашей, электродов, огнеупорной посуды и смазки трущихся деталей л тех случаях, когда вследствие высокого нагрева нельзя применять масла

Сера (S). Кристаллы имеют вид усеченных дипирамид, сросшихся основаниями. Чаще сера встречается в виде натечных форм и землистых порошковидных масс. Цвет желтый, бурый, черный (от включений битумов). Черта светло-желтая. Блеск на изломе жирный, матовый, на гранях алмазный. Спайность несовершенная. Излом раковистый, землистый. Твердость 1,5—2,5. Просвечивает. Удельный вес 1,0—2,1. При трении электризуется. Сера легко плавится и при 270°С горит синим пламенем, выделяя сернистый газ. Она может образовываться путем восстановления гипса при наличии бактерий, при окислении сульфидов, распаде сернокислых и сероводородных соединений, при вулканическом извержении. Сера используется для получения серной кислоты, красок, широко применяется в резиновой и текстильной промышленности, для борьбы с вредителями сельского хозяйства. Месторождения осадочной серы в Средней Азии (Фергана, Туркмения), в Поволжье. Сера вулканического происхождения имеется на Курильских островах, за пределами в Италии, Японии.

Золото. Этот химический элемент на Земле встречается главным образом в самородном состоянии. Известны лишь очень редкие соединения его с теллуром. Золото кристаллизуется в кубической сиигонии, часто образуя хорошие кристаллы, обычно с преобладанием форм октаэдра, реже ромбододекаэдра и куба. Кристаллы образуют двойники и характерные дендритоподобные сростки. Для химического состава минерала типична постоянная примесь в виде твердого раствора серебра, реже меди. При содержании серебра более 15% минерал называют электрумом. С увеличением примеси серебра уменьшается интенсивность желтого цвета и появляется белый оттенок.

Характерными признаками являются высокий удельный вес (тонет в ртути) и высокая устойчивость к кислотам. Растворяется только в царской водке (смесь 2-4 частей концентрир. солян. к-ты с 1 частью азотной к-ты).

2. Класс сульфидов. К этому классу относятся свыше 200 минералов, но по весу они составляют, согласно подсчетам , не более 0,15% от веса земной коры, т. е. по распространенности минералы класса сульфидов, подобно классу самородных, занимают одно из последних мест и не являются породообразующими. Вместе с тем многие из этих минералов имеют большое практическое значение как важнейшие руды на свинец (галенит — PbS), цинк (сфалерит — ZnS), ртуть (киноварь — HgS), молибден (молибденит—МоS2) и т. п. Минералы представляют собой соединение различных элементов с серой (производные H2S). Происхождение сульфидов связано главным образом с горячими водами (гидротермальное), в меньшей степени — с застыванием магмы и с холодными растворами (при участии бактерий).