МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОБЩЕЙ ГЕОЛОГИИ ДЛЯ МАРКШЕЙДЕРОВ. Методичка ЛПЗ ГЕОЛОГИЯ. Лабораторная работа 1 Тема. Формы нахождения минералов в природе
 Скачать 473.5 Kb.
|
|
Введение Учебная дисциплина «Геология» изучается студентами специальности 130403 Маркшейдерское дело на 1 и 2 курсах в течение двух семестров. Эта дисциплина входит в цикл общепрофессиональных и формирует практические навыки, необходимые на преддипломной практике, написания дипломного проекта, последующей практической деятельности на горнодобывающем предприятии. Аудиторная учебная нагрузка по дисциплине составляет 186 часов, в том числе лабораторно-практические занятия – в объёме 108 часов. Цель лабораторно-практических занятий – закрепить лекционный материал по геологии, ознакомить студентов на практике с методикой определения минералов, горных пород; дать представление о составлении и использовании геологической документации, научить анализировать геологическую информацию. Для успешного выполнения лабораторно-практических работ студенту необходимы основные знания по курсам химии, биологии, геометрии, а также теоретические знания по курсу геологии – о вещественном составе земной коры, слагающих её горных породах, полезных ископаемых и значении минерального сырья в разных сферах деятельности человека, геологических процессах, приводящих к образованию минералов, горных пород, руд и месторождений полезных ископаемых. Лабораторно-практические занятия составлены в соответствии с рабочей программой учебной дисциплины, разработанной на основе Федерального государственного образовательного стандарта. Лабораторная работа №1 Тема. Формы нахождения минералов в природе Цель: приобрести навыки определения морфологии минералов и их агрегатов. Оборудование: образцы минеральных агрегатов, рабочие тетради, карандаши, литература Краткие теоретические сведения Минералами называются природные химические соединения (или самородные элементы), образовавшиеся в результате различных физико-химических процессов, происходящих в земной коре и на её поверхности. Все горные породы и месторождения полезных ископаемых состоят из минералов. Форма нахождения (морфология, внешний облик) минералов в природе зависит от условий образования и химического состава. Минералы имеют кристаллическую или аморфную структуру, могут быть представлены отдельными кристаллами, двойниками и агрегатами. Отдельные кристаллы (монокристаллы) и кристаллические двойники возникают в условиях, благоприятных для их роста, и принимают облик многогранников. Реальные кристаллы и минералы далеки от идеальных форм. Агрегатами называются совокупностисросшихся нескольких минералов или чётко обособленных минеральных скоплений одного и того же происхождения. Наиболее распространены минералы в виде зернистых агрегатов: одновременный рост зародышевого кристалла приводит к тому, что минералы не могут образовать свойственный им многогранник и принимают форму того пространства, которое было в их распоряжении. Также в природе различают: друзы, натёчные и почковидные образования, дендриты, конкреции, секреции, налёты и примазки, псевдоморфозы, землистые и другие агрегаты. Содержание работы Изучите справочную литературу и предложенные образцы. Зарисуйте следующие формы минеральных агрегатов в рабочую тетрадь: друзы (щётки), конкреции, секреции, дендриты, натёчные формы. Дайте краткую характеристику указанных форм в рабочей тетради. Методические указания к выполнению работы При выполнении работы следует использовать учебник «Минералогия», Булах А.Г., стр. 41-44, 54-58; «Практическое руководство по общей геологии», под ред. проф. Н.В. Короновского, стр.5-6, 8-17. Вопросы для самопроверки Что такое минералы? Дайте определение понятиям «кристалл», «двойники». Какие тела называются аморфными? Назовите агрегаты минералов. Практическая работа № 1 Тема. Определение формы выделения минерального агрегата Цель: научиться определять форму выделения минерала или минерального агрегата. Оборудование: образцы минералов и минеральных агрегатов, рабочие тетради, карандаши, литература. Содержание работы Визуально изучите образцы, определите морфологию разных минералов, используя справочную литературу. Зарисуйте форму минерала (агрегата) в рабочую тетрадь, дайте краткую характеристику указанной формы. Методические указания к выполнению работы При выполнении работы следует использовать учебник «Минералогия», Булах А.Г., стр. 41-44, 54-58; «Практическое руководство по общей геологии», под ред. проф. Н.В. Короновского, стр.5-6, 8-17. Вопросы для самопроверки Что называется минеральным агрегатом? Что такое друзы? Как они образуются? Что такое конкреция и секреция? В чём их отличие? Как образуются дендриты? Лабораторная работа №2 Тема. Классификация минералов Цель: сформировать понятия о принципах классификации минералов. Оборудование: образцы минеральных агрегатов, рабочие тетради, литература. Краткие теоретические сведения В настоящее время известно более 3000 минералов, из них широко распространённых насчитывается около 450, остальные встречаются редко. Все минералы обладают кристаллической структурой – упорядоченным расположением атомов, что называется кристаллической решёткой. Атомы или ионы удерживаются в узлах решётки силами различных типов химических связей: ионной, ковалентной, металлической и др. Одно и то же сочетание химических элементов может кристаллизоваться в различные структуры и образовывать разные минералы (алмаз – графит). Это явление называется полиморфизмом (от греч. полиморфаз – многообразный). В минералах широко распространены явления изоморфизма. Изоморфизм – свойство взаимного замещения различных атомов (или ионов) в кристаллических решётках минералов без нарушения их строения. Например, минерал вольфрамит (Fe, Mn)[WO4] представляет собой изоморфную смесь, где атомы марганца замещают атомы железа, и наоборот. Минералы можно группировать по разным признакам. Существует генетическая классификация, в которой выделяются минералы по их происхождению. В основе принятой минералогической классификации лежат кристаллохимические принципы, учитывающие химический состав и кристаллическую структуру (внутреннее строение, или структурный мотив). Наиболее крупные единицы классификации – типы и классы – выделяются по химическому принципу: типу химического соединения, характеру кислотных остатков. Прежде всего, в царстве минералов различают элементарные вещества и соединения. Выделение подклассов осуществляется по структурному принципу: по типу структурного мотива в кристаллических решётках минералов. Например, самым важным элементом класса силикатов является комплексный анион – четырёхвалентный кремний в окружении 4 атомов кислорода, расположенных в вершинах тетраэдра (от греч. тетра – четыре, гедра – грань). Эти кремнекислородные тетраэдры имеют 4 свободные валентные связи, за счёт которых происходит присоединение ионов Al, Fe, Mg, Ca, Na, K и др. В зависимости от того, как сочетаются между собой тетраэдры, образуя кластеры, различаются различные силикаты: островные, цепочечные, ленточные, слоистые или листовые, каркасные. Упрощенная схема классификации минералов приводится ниже. I тип. Простые вещества. Класс самородных элементов II тип. Сернистые соединения и их аналоги. Класс сульфидов III тип. Кислородные соединения Класс оксидов и гидроксидов Класс карбонатов Класс сульфатов Класс силикатов и алюмосиликатов Класс фосфатов IV тип. Галоидные соединения или галогениды. Содержание работы Для приобретения навыков определения минералов необходимо самостоятельно в рабочей тетради составить описание следующих минералов: золото, серебро, платина, медь, алмаз, графит, сера; корунд (рубин, сапфир, наждак), гематит, магнетит, хромит, гидроокислы железа, алюминия и марганца; галенит, сфалерит, пирротин, молибденит, халькопирит, борнит, пирит; оливин, гранаты, берилл (изумруд, аквамарин), турмалин (шерл, рубеллит), пироксены (авгит, диопсид), актинолит, роговая обманка, тальк, хризотил-асбест, каолинит, слюды (мусковит, флогопит), полевые шпаты (плагиоклазы, калиевые полевые шпаты – ортоклаз и микроклин), группа кварца; кальцит (исландский шпат), магнезит, малахит, азурит; гипс, ангидрит; вольфрамит (гюбнерит-ферберит), шеелит, повеллит; апатит, фосфорит. Описание предлагается произвести, обращая внимание на принадлежность того или иного минерала к определённому классу, по схеме:
Методические указания к выполнению работы При выполнении работы следует использовать учебник «Минералогия», Булах А.Г., стр. 32-36; «Практическое руководство по общей геологии», под ред. проф. Н.В. Короновского, стр. 26-70. Вопросы для самопроверки 1. Какие признаки положены в основу классификации минералов? 2. Назовите примеры полиморфных модификаций химических элементов или соединений. 3. К какому классу относятся минералы пирит, халькопирит и молибденит? 4. Какие минералы имеют наибольшее распространение в земной коре? 5. В каком классе минералов кристаллические решётки представлены в виде кремнекислородных кластеров (группировок тетраэдров), соединённых определённым способом? Лабораторная работа №3 Тема. Физические свойства минералов Цель: сформировать понятие физических свойствах минералов. Оборудование: образцы минеральных агрегатов, рабочие тетради, карандаши, литература. Техника безопасности. При работе с образцами минералов следует соблюдать несложные правила: 1) не разбивать образцы и не обламывать, ударяя их посторонними предметами или другими образцами, во избежание попадания острых осколков в глаза, порезов рук; 2) соблюдать осторожность при надавливании образца, определяя черту минерала на фарфоровой пластинке или определяя твёрдость минерала; 3) аккуратно работать со стеклянной пластинкой, не допуская её раскалывания или порезов рук; 4) при работе с соляной кислотой пользоваться пипеткой, не допускать её разбрызгивания или попадания на кожу рук, лица; 5) не бросать образцы, аккуратно складывать их в специальные ящики. Краткие теоретические сведения Постоянство химического состава и внутренней структуры минералов обусловливает постоянство их свойств. Кроме специальных лабораторных методов анализа существуют предварительные полевые определения минералов, основанные на изучении их внешних (макроскопических) свойств визуально. К ним относятся: определение морфологических особенностей минералов или агрегатов, простейших оптических свойств – цвета, прозрачности, блеска, механических – твёрдости, спайности и др. Цвет – это визуальная оценка окраски, количественно характеризуемая спектрами поглощения, отражения или пропускания света. Если минерал пропускает все волны видимой части спектра, то его называют бесцветным (галит, горный хрусталь). При полном поглощении всех волн света минерал приобретает чёрную окраску (магнетит). На окраску минералов влияют механические примеси, присутствие в решётке молекул воды и главным образом содержание в кристаллической решётке ионов-красителей, или элементов-хромофоров. Элементы-хромофоры (поглощающие центры) вызывают определённый вид окраски, например Fe2+ почти всегда вызывает зелёную окраску в минералах, а примесь хрома вызывает красную окраску в рубине (прозрачная разновидность корунда) и зелёную – в изумруде (разновидности берилла) и уваровите. Некоторые минералы обладают постоянной окраской, и в этом случае окраска используется как поисковый признак. Например, хлорит – зелёный, азурит – голубой (синий), киноварь – красная и т.д. Цвет черты (цвет минерала в порошке) получают, проводя по неглазурованной фарфоровой пластинке. Он может отличаться от цвета самого минерала в куске или совпадать. У прозрачных и просвечивающих минералов порошок будет бесцветным, белым. Блеск является результатом отражения света, зависит от типа связи кристаллической решётки. Различают металлический – блеск отполированной поверхности металла; неметаллический, например, стеклянный – напоминает блеск стекла на изломе; алмазный – искрящийся, сильнее стеклянного и т.д. Плотность (в г/см3) точно определяется в лаборатории, в полевых условиях – простым взвешиванием на ладони: лёгкие – с плотностью до 3 (галит, гипс, кварц), со средней плотностью – от 3 до 4 (карбонаты) и тяжёлые – с плотностью более 4 (барит). Спайность – способность минералов раскалываться по плоскостям в определённых направлениях, с образованием блестящих поверхностей. Различают весьма совершенную – параллельные плоскости, тонкие пластинки; совершенную, несовершенную и весьма несовершенную – образуются только неровные поверхности излома. Твёрдость – степень сопротивления минерала внешнему механическому воздействию. Важный диагностический признак, определяется путём царапания минерала кусочком минерала-эталона. Ф.Моосом была предложена десятибалльная шкала, представляющая набор минералов. Минералы-эталоны располагаются в порядке увеличения твёрдости: каждый последующий минерал оставляет царапину на предыдущем. Величины от 1 до 10 в шкале твёрдости Мооса относительны. Так, твёрдость талька, определённая на приборе, равна 2,4 кг/мм2, а алмаза – 10060 кг/мм2. Для некоторых минералов характерны особые, только им присущие признаки и свойства. Например, способность минералов класса карбонатов – вступать в реакцию с соляной кислотой, отклонение магнитной стрелки – минералом магнетитом и проч. Содержание работы 1. Внимательно изучите физические свойства минералов, используя учебник и учебное пособие, запишите основные определения, вычертите шкалу твёрдости Мооса в тетради. 2. Сравните предложенные образцы минералов с их описанием в литературе. Методические указания к выполнению работы При выполнении работы следует использовать учебник «Минералогия», Булах А.Г., стр. 59-71; «Практическое руководство по общей геологии», под ред. проф. Н.В. Короновского, стр. 17-26. Вопросы для самопроверки Назовите минералы-эталоны шкалы твёрдости Мооса. Каковы причины окраски минералов? Назовите специфические свойства минералов. Практическая работа №2 Тема. Определение физических свойств минералов Цель: научиться определять физические свойства (признаки) минерала. Оборудование: образцы минералов, рабочие тетради, литература. Содержание работы 1. Визуально изучите образцы, определите и опишите основные свойства минерала: цвет, цвет черты на фарфоровой пластинке, блеск, прозрачность. 2. Определите твёрдость минерала, используя минералы-эталоны шкалы твёрдости Мооса, характер спайности. 3. Проверьте, обладает ли минерал специфическими свойствами (магнитность, растворимость в воде, реакция с соляной кислотой и др.). 4. Сделайте вывод по проделанной работе. Методические указания к выполнению работы При выполнении работы следует использовать учебник «Минералогия», Булах А.Г., стр. 59-71; «Практическое руководство по общей геологии», под ред. проф. Н.В. Короновского, стр.5-6, 8-17. Вопросы для самопроверки Какие существуют методы диагностики минералов? Какие свойства минералов относятся к оптическим, механическим? Какие минералы обладают растворимостью в воде? Лабораторная работа№4 Тема. Диагностические признаки основных породообразующих минералов Цель: усвоить основные сведения о диагностических свойствах породообразующих минералов. Оборудование: образцы минералов, рабочие тетради, литература. Краткие теоретические сведения Если представить горную породу как физико-химическую систему, то породообразующие минералы – это единицы, из которых состоит система. Считается, что порядка 30 минералов имеют наибольшее распространение в земной коре и являются главными породообразующими. Это следующие минералы: кварц, полевые шпаты, слюды, оливин, роговая обманка и др. Первоначальная диагностика минералов основана на определении их внешних (макроскопических) признаков и физических свойств (морфология кристаллов и их срастаний, строение граней кристаллов, характер спайности, цвет и блеск минерала и т.д.). Умение установить свойства в полевых условиях позволяет определить и сами минералы, и даже условия их образования. Диагностическими свойствами (признаками) называют простейшие физические и химические свойства, по которым минерал определяется визуально («на глаз», без применения сложных приборов и специальных методов исследования). Необходимо учесть, что только комплекс достоверно описанных свойств позволяет правильно определить минерал. Для каждого минерала существует свой набор свойств. Например, кварц – наиболее распространённый в земной коре и стойкий по отношению к выветриванию минерал. Важным отличительным признаком является высокая твёрдость (7), отсутствие спайности, жирный или стеклянный блеск на изломе. В породе кварц большей частью встречается в виде бесцветных, водянисто-серых зёрен неправильной формы. Кварц нередко встречается в виде удлинённых кристаллов с горизонтальной штриховкой на гранях призмы, образует красивые друзы и щётки (в низкотемпературных жилах). Содержание работы 1. Используя учебную литературу, выделите диагностические признаки следующих минералов: полевые шпаты (группа КПШ – калиевые полевые шпаты, группа плагиоклазов), роговая обманка, оливин, слюды (биотит, мусковит), кальцит, минералы глин (каолинит, монтмориллонит). 2. Укажите принадлежность минералов к тому или иному классу. 3. Отметьте, какие породообразующие минералы характерны для магматических, осадочных и метаморфических пород. Методические указания к выполнению работы При выполнении работы следует использовать учебник «Минералогия», Булах А.Г., стр. 108-109, 176-178, 198-203, 204-215, 219-229, 245-249; «Практическое руководство по общей геологии», под ред. проф. Н.В. Короновского, стр. 8-70. Вопросы для самопроверки Какие минералы относятся к породообразующим? Какие свойства наиболее важны при диагностике минералов? 3. Назовите диагностические признаки полевых шпатов. 4. В чём различия минералов группы слюд? Практическая работа №3 | |||||||||||||||||||||||||||