Минералы и горные породы. Лекции 1 Понятие о минералах
 Скачать 116 Kb.
|
|
Лекция Минералы и горные породы План лекции 1 Понятие о минералах. 2 Происхождение минералов. 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. 8Основные генетические типы отложений четвертичного возраста. 9 Инженерно-геологическая характеристика горных пород. Количество часов: лекция -3 часа и самостоятельная работа - 4 часа 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. 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: ICамородные 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 Fe2O3 nH2O); IV Сульфиды – минералы, состоящие из соединения различных элементов с серой S (пиритFeS2); 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 (кальцитCaCO3); 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 егоспособность 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
Взаимодействие минерала с соляной кислотой НС1. Реакция минералов-карбонатов с соляной кислотойсопровождается 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 характеризуетсяспособностью минерала отклонять стрелку компаса. Это свойство характерно для минералов, содержащих кобальт Co, никель Ni, железоFe (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
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. Минеральный состав горных пород определяется содержанием главных породообразующих минералов. Полиминеральные горные породы состоят из нескольких минералов, например: гранит - из кварца, ортоклаза, роговой обманки, биотита. Мономинеральные породы - из одного минерала, например: мрамор - из кальцита. Строение горных пород характеризуется структурой и текстурой. Структура породы определяется состоянием минерального вещества (кристаллическое, аморфное, обломочное), размером и формой ее минеральных зерен или обломков. Текстура породы обусловлена расположением в пространстве минералов, кристаллических зерен или обломков. 7 Магматические горные породы Магматические породы образуются в результате кристаллизации магмы при её остывании в недрах земной коры или на ее поверхности. Магма (от греч. magma – тесто) - это огненно-жидкий (Т=1000…13000С) сложный силикатный расплав, насыщенный газами, который поднимается из верхней мантии Земли. Классификации магматических пород основаны на химическом составе пород и условиях образования. Классификация пород по содержанию кремнезема SiO2,%: - кислые при SiO2 > 65% (гранит, кварцевый порфир, обсидиан); - средние при SiO2 65…52% (сиенит, трахит, диорит, порфирит, андезит); - основные при SiO2 52…40% (габбро, базальт); - ультраосновные при SiO2 < 40% (перидотит, пироксенит). Классификация пород по условиям образования: - интрузивные (глубинные); - эффузивные (поверхностные). Каждой интрузивной магматической породе соответствует эффузивный аналог с таким же химическим составом. Главные породообразующие минералы магматических пород - это минералы класса силикатов и кварц из класса окислов. Интрузивные породы Эти породы формируются внутри земной коры в условиях высокого давления и медленного равномерного остывания магмы. 1 Структура - полнокристаллическая, т.е. все минералы находятся в кристаллическом состоянии. По размеру минеральных зерен различают следующие структуры: афанитовая - отдельные зерна неразличимы; мелкозернистая - зерна менее 1 мм; среднезернистая - зерна от 1мм до 5 мм; крупнозернистая - зерна более5 мм. По относительному размеру минеральных зёрен структуры: равномернозернистая и неравномернозернистая. 2 Текстура - массивная, т.е. минеральные зерна распределены в породе более или менее равномерно, без какой-либо ориентировки. Эффузивные породы Они образуются при излиянии магмы (лавы) на поверхность Земли при низких давлениях и температурах. 1 Структуры пород: неполнокристаллическая - до 25% минералов находится в аморфном состоянии; порфировая - на фоне нераскристаллизованной (скрытокристаллической) массы хорошо выделяются отдельные минеральные зерна, является разновидностью неполнокристаллической; стекловатая - минералы в породе находятся в аморфном состоянии, в виде стекловатой массы. 2 Текстуры пород: пористая, массивная, флюидальная (течения). 6 Осадочные горные породы: происхождение, классификация, структура, текстура и минеральный состав Состав, строение, состояние и свойства осадочных пород формируются при геологических процессах, совокупность которых называется литогенез. Стадии литогенеза: гипергенез - разрушение пород, образование обломков пород и минералов; седиментогенез - перенос и отложение материала, образование осадка; диагенез - превращение осадка в осадочную породу; эпигенез -(ката- и метагенез) изменения осадочной породы и образование метаморфической породы. Классификация осадочных пород по условиям образования: - обломочные; - химические (хемогенные); - органогенные; - вулканогенные (пирокластические). Обломочные осадочные породы Обломочные породы образуются при разрушении пород и минералов различного происхождения при экзогенных процессах. 1 Структура обломочных пород определяется размером и формой обломков, наличием или отсутствием цемента между обломками. Классификации пород по структуре: - по размеру обломков: крупнообломочная 2…200 мм и > 200 мм; среднеобломочная 2…0,05 мм; мелкообломочная 0,05…0,005 мм; тонкодисперсная < 0,005 мм. - по форме обломков: окатанная и угловатая. - по наличию минерального цемента: рыхлые и сцементированные. Для сцементированных обломочных пород выделяют следующие типы цемента: - по количеству и способу цементации обломков: базальный - цемента много, обломочные частицы не соприкасаются друг с другом; поровый - цемент заполняет поры в породе; контактный - цемента мало и присутствует он на контакте частиц. - по минеральному составу: глинистый (каолинит), карбонатный (кальцит, доломит), кремнистый (опал, кварц), железистый (окислы и гидроокислы железа). 2 Текстура обломочных пород: - слоистая текстура определяется расположением слоев пород в массиве при природном залегании; - массивная текстура характеризуется расположением обломков внутри слоев; - пористая текстура обуславливается наличием пор в породе. 3Минералого-петрографический состав пород определяется составом исходных пород и минералов. Химические (хемогенные) и органогенные осадочные породы Эти породы образуются в результате осаждения в водной среде химических осадков и накопления и преобразования остатков жизнедеятельности организмов и растений. Классификация пород по химическому составу: - карбонатные; - кремнистые; - галоидные; - сульфатные. 1 Структура пород: для хемогенных пород - кристаллически-зернистая; для органогенных пород - органотипная, т.е. порода состоит из целых и обломков раковин, скелетов организмов, соединенных между собой минеральным веществом. 2 Текстура пород: слоистая и пористая. 3 Главные породообразующие минералы пород: кальцит, опал, глинистые минералы, гипс и галит. Вулканогенные породы Вулканогенные породы образуются в результате выпадения из воздушной среды продуктов извержения вулканов. 1Структура пород: по размеру обломков - средне- и мелкообломочная, тонкодисперсная по наличию цемента - рыхлая и сцементированная. 2 Текстура пород - слоистая и пористая. 3 Минералого-петрографический состав пород - продукты вулканической деятельности (стекло, лава, пепел, кристаллы минералов). 7 Метаморфические горные породы: классификация, структура, текстура и минеральный состав Метаморфические горные породы образуются в результате преобразования ранее существовавших осадочных и магматических горных пород под воздействием высоких температур и давлений. 1 Структура пород – полнокристаллическая. По размеру минеральных зерен выделяют следующие структуры: мелкокристаллическая - зерна менее 0,25 мм; среднекристаллическая зерна от 0,25 мм до 1 мм; крупнокристаллическая - зерна более 1 мм. 2 Текстура пород: сланцеватая - определяется параллельным расположением минералов чешуйчатого, листоватого, пластинчатого и таблитчатого габитуса; полосчатая - чередуются полосы различного минерального состава и окраски; плойчатая - в породе присутствуют мелкие складки; массивная - закономерности в расположении минералов отсутствуют. 3 Главные породообразующие минералы пород: кварц, полевые шпаты, биотит, мусковит, роговая обманка, авгит, кальцит, тальк, серицит и хлорит. 5 Основные генетические типы отложений четвертичного возраста Отложения, образовавшиеся в соответствии с геохронологией развития Земли, в течение четвертичного периода кайнозойской эры называют четвертичными. Они являются самыми молодыми по возрасту отложениями (абс. возраст 1,5…2 млн. лет). Четвертичные отложения - осадочные по происхождению. Этими отложениями представлен верхний слой земной коры (осадочный чехол), который является объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека. Необходимость выделения генетических типов четвертичных отложений обусловлена тем, что каждый генетический тип имеет определенный литологический (вещественный) состав, условия залегания и физико-механические свойства. Для обозначения каждого генетического типа четвертичных отложений применяют буквенный индекс, который ставится перед индексом четвертичного периода: например, aQ2 - аллювиальные среднечетвертичные отложения. Основные генетические типы четвертичных отложений: 1 Аллювиальные отложения aQ - образуются при переносе и отложении частиц пород размытых рекой. Частицы пород переносятся на большие расстояния и откладываются в местах, где уменьшается скорость течения. Отложения: пойменный аллювий - песчаные и глинистые отложения; старичный аллювий - илы, торфы; пойменный аллювий - гравий, пески от крупных до мелких. 2 Элювиальные отложения eQ - отложения, образовавшиеся из оставшихся на месте первоначального залегания пород, которые подверглись разрушению при процессе выветривания. Отложения представлены исходными породами и имеют зональное строение: зона полного дробления пород; щебенистая зона; глыбовая зона; монолитная зона. 3 Делювиальные отложения dQ - это отложения, перемещенные вниз по склону в процессе плоскостного смыва при выпадении атмосферных осадков. Отложения: суглинки и супеси. 4 Эоловые отложения vQобразуются в результате разрушения и переноса пород при геологической деятельности ветра. Отложения: пески, лессы и лессовидные грунты. 5 Ледниковые (гляциальные) отложения gQ - образуются при передвижении ледников, которые при своем движении вспахивают и истирают поверхность земной коры. Отложения называются морены. Они представлены глинами и суглинками с включениями гравия, щебня и валунов или глинистыми и чистыми песками с включениями гравия, щебня и валунов. 6 Водноледниковые отложения fQ - образуются в результате размыва талыми водами ледника отложений морен. Отложения: глины и мелкие пески. 7 Морские отложения mQ - образуются при геологической деятельности моря. Отложения: галька, гравий, пески, глины, илы, доломиты, бокситы, фосфориты, марганцевые и железные руды. 8 Озерные отложения lQ - образуются при геологической деятельности озера, аналогичной морю. Отложения: сапропель, натриевые и калиевые соли, гипс, кальцит. 9 Болотные отложения hQ - образуются при геологической деятельности болот. Отложения: торфы. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||