Минералы и горные породы

 

Минералы и горные породы

 

1 Понятие    о     минералах.

2 Происхождение минералов.

3. Структура, химический состав и связи минералов.

4 Классификация минералов.

5 Физические свойства минералов.

4 Понятие о горных породах: классификация, минеральный состав, структура и текстура горных пород.

5 Магматические горные породы: классификация, структура, текстура и минеральный состав.

6 Осадочные горные породы: классификация, структура, текстура и минеральный состав.

7 Метаморфические горные породы: классификация, структура, текстура и минеральный состав.

8 Основные генетические типы  отложений четвертичного возраста.

9 Инженерно-геологическая характеристика горных пород.

 

1 Понятие  о   минералах

Минералы - природные химические соединения или самородные элементы, которые являются продуктами физико-химических процессов, протекающих        в земной коре или на ее поверхности.

Минералогия (от лат.minera-руда,logos-учение)-наука, изучающая  минералы,  их происхождение (генезис), строение, состав и свойства.

         По разным сведениям известно от 2000 до 10000 минералов и их разновидностей. 

         Главными или породообразующими называют  минералы, которые  широко распространены в земной коре и являются обязательной составной частью горных пород. Содержание каждого из них должно составлять более 5% от общего объёма породы. Например: гранит состоит из породообразующих минералов: полевые шпаты -%, роговая обманка -%, биотит - %, кварц - %.

          Второстепенные (акцессорные) минералы встречаются в породах в небольших количествах, но могут оказать отрицательное влияние на их строительные свойства. Например: включения пирита.

        Основная масса минералов находится  в твердом состоянии (кальцит СаСO₃), также они могут быть  жидкими (вода Н₂О) и газообразными (углекислый газ СО₂).

        

2 Происхождение минералов

          Происхождение (генезис) минералов. Минералы образуются при сложных физико-химических процессах, протекающих в недрах земной коры или на ее поверхности.

         По генезису выделяют минералы:

- эндогенные (от греч. endon-внутри, genesis-происхождение) Это минералы магматического происхождения. Они образуются в глубине земной коры  при остывании и кристаллизации магмы (кварц, биотит, роговая обманка, пирит, ортоклаз и т.д.). Минералы метаморфического происхождения образуются при изменении ранее сформировавшихся минералов под воздействием высоких температур и больших давлений, газовых и жидких компонентов (тальк, серицит и т.д.).

- экзогенные (от   греч. exo - вне,  снаружи).   Это     минералы     осадочного происхождения,   образованные    в     результате   сложных    процессов   на    поверхности   земной коры или в ее верхней части (каолинит, лимонит, галит, кальцит и т.д.).

    

3 Структура, химический состав и связи минералов

          Структура большинства минералов  - кристаллическая. Минералы с такой структурой имеют форму правильных многогранников - кристаллов        (от греч. krystallos - лед) и являются анизотропными (неравносвойственными) телами (алмаз С). Для минералов с аморфной структурой характерны неправильная внешняя форма натечного вида и изотропные свойства (лимонит Fe₂O₃nH₂O).

          Химический состав минералов выражается формулой. Для минералов в кристаллическом состоянии формула показывает количественные соотношения элементов, характер их взаимной связи в пространственной решетке            (кварц SiO₂). У аморфных минералов формула выражает только количественное соотношение элементов (……).

           Типы химических связей. У минералов с кристаллической структурой атомы и ионы удерживаются в узлах кристаллической решеткой силами различных типов связей: ионной, ковалентной, металлической, остаточной (ванн-дер-ваальсовой) и водородной. Минералы могут обладать несколькими типами связей, например: связи в группе кремнекислородного тетраэдра[SiO₄]^-4.

 

4. Классификация минералов

         Классификация минералов основана на разделении их по химическому составу и структурным (кристаллохимическим) связям. Основные породообразующие и некоторые рудные минералы, которые изучаются в программе этого курса, входят в следующие классы:

I Cамородные элементы. - минералы состоят из одного химического элемента (алмаз С);

II Окислы  - минералы-соединения кислорода (О) с различными элементами (кварц SiO₂ );

III Гидроокислы -  минералы состоят из соединения гидроксильной группы (ОН) с различными элементами  (лимонит Fe₂ O₃ n H₂O);

IV Сульфиды – минералы, состоящие из соединения различных элементов с серой  S  (пирит FeS₂);

V Сульфаты   - минералы, представленные солями серной кислоты SO₄ (гипс  CaSO₄ 2H₂O);

VI Галоиды -  минералы - соли галоидноводородных кислот (галит NaCl);

VII Карбонаты  - минералы с анионной группой [СO₃]^-2 в структуре       (кальцит CaCO₃);

VIII Силикаты – минералы сложного химического состава. Основой кристаллической решетки силикатов  является кремнекислородный тетраэдр  [SiO₄]^-4.   Сочетания тетраэдров определяют внутреннюю структуру силикатов. По структуре выделяют: островные (оливин), цепочечные – одна цепь (авгит), ленточные – двойная цепь (роговая обманка), листовые - слой (биотит), каркасные (полевые шпаты).

 

5 Физические свойства минералов

          Для визуального определения минералов используют диагностические признаки. Они  основаны на физических, некоторых химических свойствах и морфологии минералов.

         Цвет минерала определяется его химическим составом, структурой, механическими примесями и химическими примесями элементов Cr, V, Ni, Mn, Fe, Al, Ni, Co, Cu и др. Условно по цвету выделяют  минералы: светлые, темные и бесцветные.

         Цвет черты минерала отражает его цвет в порошке. Он может соответствовать цвету самого минерала или значительно отличаться от него. Окраска черты более постоянна, чем цвет самого минерала.

       Блеск минерала - способность преломлять и отражать в различной степени интенсивности свет от своей поверхности. Различают минералы с металлическим и неметаллическим (алмазный, стеклянный, перламутровый, шелковистый, жирный и матовый) блесками.

       Спайность минерала характеризует его способность раскалываться при ударе или расщепляться с образованием гладких плоскостей по определенным кристаллографическим направлениям.  Раскол происходит по направлениям  кристаллической решетки с наиболее слабыми связями. По легкости раскалывания и характеру поверхностей различают следующие  виды спайности минералов: весьма совершенная, совершенная, средняя, несовершенная и весьма несовершенная.

        Излом минерала - вид поверхности, которая образуется при расколе минерала. Поверхности излома - неправильные, не имеют ориентировки по направлениям. Различают следующие  виды изломов: неровный, раковистый, занозистый и землистый

        Твердость минерала определяется  его способностью сопротивляться внешнему механическому воздействию (царапанью, вдавливанию). Относительная твердость минералов оценивается по шкале твердости, которую предложил в начале XIX века австрийский минералог Ф. Моос (1772-1839г.).  Шкала Мооса состоит из 10 минералов-эталонов, расположенных в порядке возрастания твердости: каждый предыдущий  минерал царапается последующим (табл. 1).

 

 

 

Таблица 1

Твердость минералов шкалы Мооса

Минералы-эталоны шкалы Мооса	Твердость             по шкале Мооса	Твердость по группам  минералов
1.   Тальк	1   чертится  ногтем	мягкие
2.   Гипс	2           -/-	-/-
3.    Кальцит	3           -/-	средней твердости
4.    Флюорит	4          -/-	-/-
5.    Апатит	5          -/-	-/-
6.    Ортоклаз	6      царапает стекло	твердые
7.    Кварц	7           -/-	-/-
8.    Топаз	8      режет стекло	очень твердые
9.    Корунд	9          -/-	-/-
10.  Алмаз	10         -/-	-/-

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              

          Взаимодействие минерала с соляной кислотой НС1. Реакция минералов-карбонатов с соляной кислотой сопровождается выделением углекислого газа СО₂  с различной интенсивностью. Например: кальцит (СаСО₂)  реагирует с соляной кислотой бурно, с выделением углекислого газа в виде пузырьков, а доломит (СаMgСО₂) – только в виде порошка.

         Взаимодействие минерала с водой Н₂О. Глинистые минералы (каолинит) при увлажнении приобретают пластичные свойства. Также различают минералы легкорастворимые в воде (галит), слаборастворимые (кальцит)         и нерастворимые (пирит).

         Магнитность минерала характеризуется способностью минерала отклонять стрелку компаса. Это свойство характерно для минералов, содержащих кобальт Co, никель Ni, железо Fe (магнетит).

          Прозрачность минерала определяется способностью минерала пропускать луч света. Прозрачность минерала зависит от его кристаллической структуры, интенсивности окраски, наличия включений и других особенностей. Минералы разделяют на прозрачные (кварц), полупрозрачные (слюды), непрозрачные (магнетит).

          Иризация (от греч. iridos - радуга) - способность минерала изменять цвет на гранях или плоскостях спайности в зависимости от угла освещения. Это свойство связанно с интерференцией световых волн при прохождении сквозь минерал. Например: лабрадор темно-серого цвета с иризацией в синих тонах.

         Двойное лучепреломление минерала – раздвоение луча света при прохождении через анизотропные кристаллы некоторых минералов и при этом возникает двойное изображение (исландский шпат - прозрачный кальцит).     рис.2.

        Органолептические свойства минерала определяются с помощью органов чувств. На ощупь определяется характер поверхности минералов, например: у галита - жирная, у талька - мыльная. На вкус определяют некоторые растворимые соли, например: галит - соленый, сильвин - горько-соленый. Запах минералов проявляется при ударе или трении.

          Морфология минерала определяется габитусом (от…. -облик) - внешней формой кристаллов минерала. Этот признак характерен только для минералов, находящихся в природных условиях в виде кристаллов. По габитусу можно выделить минералы следующих форм: изометрические – октаэдр, куб (магнетит, пирит); удлиненные в одном направлении - призматические, столбчатые, игольчатые, лучистые (кварц, роговая обманка); вытянутые в двух направлениях - таблитчатые, пластинчатые, листоватые, чешуйчатые (биотит, тальк).

         Диагностические признаки минералов, основанные на свойствах минералов, условно разделяют на главные и второстепенные  (табл.2).

 

Таблица 2

Диагностические признаки минералов

Диагностические признаки минералов
Главные признаки	Второстепенные признаки
Цвет  Цвет черты Блеск Спайность Излом Твердость	Взаимодействие  минералов с соляной кислотой НС1 и водой Н2О Магнитность  Прозрачность Иризация Органолептические свойства Габитус

 

         Главные диагностические признаки  минералов характерны для всех  минералов, а второстепенные  - только для некоторых из них. 

         При визуальном определении минералов необходимо использовать весь комплекс диагностических признаков, т.к. свойства минералов могут изменяться. Например: цвет кварца - белый, черный, розовый, желтый, дымчатый и бесцветный; блеск на гранях кристалла кварца стеклянный, а на изломе жирный.

         Диагностические признаки и свойства основных породообразующих минералов исследуются при выполнении лабораторных работ №1 и №2.

 

6 Понятие о горных породах

          Горные породы - природные минеральные агрегаты, возникшие в глубине    земной   коры  или   на   ее  поверхности в результате различных геологических процессов.

         Петрография (гр. petrа - скала, камень,grapho - пишу) - наука, изучающая   горные породы.

          В настоящее время в земной коре известно более 1000 пород.

         Классификация горных пород построена по генетическому принципу.    По происхождению (генезису) различают породы магматические, осадочные и метаморфические.