Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»
Нижнетагильский технологический институт (филиал)
Программа полевой геологической практики
для студентов строительных специальностей
Нижний Тагил 2011
Часть I. Породообразующие минералы и горные породы
1. Общие сведения о минералах
Минералами называют природные химические соединения или самородные элементы, возникающие в результате различных физико-химических реакций, протекающих в земной коре и на ее поверхности. В природе известно около 3 тыс. минералов, а с их разновидностями более 5 тыс. В строении горных пород принимают участие немногие из них и они называются породообразующими. Большинство минералов имеет кристаллическое строение. Представлены они хорошо выраженными многогранниками. Каждый минерал имеет свою кристаллическую форму, обусловленную типом химических связей решетки, химического состава и условий его образования.(рис. 1).
В кристалле различают элементы: грани – плоскости, ограничивающие кристалл; ребра – линии пересечения граней; вершины – точки пересечения ребер. Углы между гранями. Для кристаллов одного и того же вещества углы между гранями одинаковы и постоянны, что является одним из законов кристаллографии.
В природе минералы встречаются в виде одиночных кристаллов, их сростков или в виде скоплений, называемых минеральными агрегатами. Внешний облик кристаллов называют еще габитусом и по этому признаку выделяется три группы кристаллов:
- кристаллы, обладающие изометричной формой, т.е формой одинаково развитой по трем направлениям. В математике эти три направления обозначают координатными осями x, y, z. К таким кристаллам принадлежат - магнетит, пирит, минералы группы гранатов;
- удлиненные в одном направлении формы – призматические, игольчатые и лучистые, столбчатые – кварц, роговая обманка;
- формы , вытянутые в двух направлениях при сохранении третьего короткого. Эти минералы имеют таблитчатый, пластинчатый габитус и к ним относятся: гипс, слюды и др.
Некоторые минералы образуют закономерно сросшиеся кристаллы и их называют двойниками (простые альбитовые двойники), тройниками. Незакономерно сросшиеся кристаллы называют друзами (крупные кристаллы) и щетками (мелкие кристаллы). Многие минералы образуют сложные неправильные формы, напоминающие форму ветвей растений и их называют дендритами. Многие минералы заполняют пустоты в горных породах. При небольших размерах их называют секрециями и рост которых идет от периферии к центру. Секреции могут иметь и значительные размеры с оставшейся в центре пустотой, тогда их называют жеодами. Пустоты в излившихся породах называют миндалинами. Конкреции являются стяжениями шарообразной формы, образующимися при отложении вещества вокруг какого-либо центра кристаллизации.
Выпадение вещества в осадок из коллоидных растворов сопровождается образованием натечных форм в виде сосулек, почек, гроздей, соответственно
- сталактитов, сталагмитов, корочек, натеков. Тонкие пленки называют налетами, выцветами. Иногда минералы образуют несвойственную им кристаллографическую форму, образуя точную копию другого минерала. Такие формы называют псевдоморфозами (ложными формами).
2. Физические свойства минералов
Важнейшим диагностическим признаком минералов является цвет.
Для определения минерала устанавливают его цвет в куске и в порошке. Кроме того определяют прозрачность, блеск, спайность, излом, твердость, удельный вес и другие свойства, например, магнитность. Определение производят на свежей поверхности образца.
Цвет. При его определении минерал сравнивают с известными в быту цветами и предметами, подчеркивая не только цвет, но и оттенки: молочно-белый, кроваво-красный, салатно-зеленый и др.
Цвет черты. Многие и минералы имеют свой цвет при истирании их в порошок. Это свойство определяется с помощью фарфоровой пластинки, по изломанной поверхности которой проводят минерал. Он оставляет на изломе черту, по цвету которой возможно определение минерала. Минералы с твердостью более 6 черту не оставляют, а только царапают фарфоровую пластинку.
Блеск. Металлический – напоминает блеск металла (графит пирит, галенит).
Стеклянный – напоминает блеск стекла (кварц, кальцит)
Жирный – поверхность минерала как бы смазана жиром.
Шелковистый – подобен блеску шелковых волокон (селенит – волокнистая разновидность гипса).
Восковой - напоминает блеск свечи, характерен для минералов аморфного сложения.
Алмазный – сильный блеск, которым обладает алмаз, сфалерит.
Прозрачность - способность минерала пропускать свет через тонкую пластинку. По этому признаку минералы могут быть прозрачные, через которые видны предметы; полупрозрачные, через которые видны лишь очертания предметов; просвечивающие – пропускающие свет только в тонких пластинках.
Спайность – способность минералов раскалываться по определенным плоскостям с образованием ровных блестящих поверхностей, называемых плоскостями спайности.
Различают несколько видов спайности: весьма совершенная минерал при ударе образует пластинки, листочки, ограниченные плоскостями спайности (слюда, гипс, хлорит);
совершенная – при ударе минерал образует ровные зеркальные поверхности
– (полевой шпат);
средняя – при расколе образуются ровные и неровные поверхности,
несовершенная – преобладают неправильные поверхности раскола;
весьма несовершенная – минерал при расколе образует только неровные поверхности (кварц).
Излом : раковистый – поверхность излома напоминает раковину;
зернистый – обычен для мелкозернистых минералов (гипс, магнетит);
занозистый – характерен для игольчатых минералов;
неровный – ярко выражен для у минералов с несовершенной спайностью
Твердость – способность минерала сопротивляться царапанью, истиранию или давлению. Существует шкала твердости минералов, названная по имени ее создателя – шкала Мооса.
Таблица 1
Шкала твердости минералов (Мооса)
Твердость |
Минерал |
Химический состав |
1 |
Тальк |
Mg3(OH)[Si4O10] |
2 |
Гипс |
СаSO42H2O |
3 |
Кальцит |
СаСО3 |
4 |
Флюорит |
СаF2 |
5 |
Апатит |
Са5(PO4]3 F,Cl |
6 |
Ортоклаз |
KAlSi3O8 |
7 |
Кварц |
SiO2 |
8 |
Топаз |
Al2(F,OH)2[SiO4] |
9 |
Корунд |
Al2O3 |
10 |
Алмаз |
C |
Для сравнения твердость подручных средств равна:
Грифель мягкого карандаша,
Ноготь
Медная монета
Железный гвоздь
Стекло
Острие стального перочинного ножа
Напильник, кварц.
Удельный вес – характеризует плотность минерала. Определение этого параметра возможно в лабораторных условиях. В поле используют качественную оценку: «тяжелый», «средний», «легкий».
Другие свойства минералов. Магнитность - способность минерала притягивать или отклонять.магнитную стрелку.
Реакция со слабой соляной кислотой (до 10 %) – минералы «вскипают» при действии на карбонатную породу этой кислотой.
Вкус – этим признаком обладают только соли. Галит (NaCl) или каменная соль – соответственно соленый вкус, сильвин (КСl) имеет горько-соле
ный вкус.
Двойное лучепреломление – этим свойством обладает прозрачная разновидность кальцита, называемая исландским шпатом.
Современная химическая классификация минералов основывается на химическом составе и рентгенометрическом изучении кристаллического строения вещества. Эта классификация приведена в «Методических указаниях... »
Выше приведены основные свойства минералов кристаллического
строения. Однако существуют минералы некристаллические, образующие бесформенные массы в виде натеков и других выделений, которые называют аморфными: лимонит, опалы и др. Их образование часто связывается с процессами химического выветривания коренных магматических и других пород.
Порядок описания минералов: название, химический состав – формула, класс по химической классификации; цвет минерала в куске, порошке; блеск и прозрачность; излом и спайность; твердость с точностью до единицы; удельный вес (качественно). Другие диагностические признаки. Формы нахождения в природе, происхождение.