Геология и литология методические указания. Геология и литология-метод_указания к практическим_2023. Методические указания к лабораторнопрактическим работам для студентов бакалавриата направления 21. 03. 01
 Скачать 1.46 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Санкт-Петербургский Горный университет Кафедра геологии и разведки месторождений полезных ископаемых ГЕОЛОГИЯ И ЛИТОЛОГИЯ Методические указания к лабораторно-практическим работам для студентов бакалавриата направления 21.03.01 Санкт-Петербург 2023 2 УДК 551/08А (073) ГЕОЛОГИЯ И ЛИТОЛОГИЯ: Методические указания к лабораторно- практическим занятиям / Санкт-Петербургский горный университет. Составители: А.Я. Тутакова, В.И. Леонтьев. СПб, 2023. 32 с. Методические указания содержат информацию о свойствах минералов, крат- кие варианты определителей минералов и горных пород, а также элементы залегания геологических структур, краткую информацию о геологических картах, складчатых и разрывных нарушениях, правилах построения геологического разреза. Предназначены для студентов бакалавриата направления 21.03.01 «Нефтега- зовое дело» по профилям «Сооружение и ремонт объектов систем трубопроводного транспорта»; «Эксплуатация и обслуживание объектов транспорта и хранения неф- ти, газа и продуктов переработки». © Санкт-Петербургский Горный университет 3 ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ Минералы – природные химические соединения или самородные элементы, обладающие кристаллической структурой и возникшие в результате различных гео- логических процессов, происходящих в земной коре и на её поверхности. В настоя- щее время известно около 4000 минералов. Некоторые из них широко распростране- ны, другие встречаются очень редко. Каждый минерал характеризуется особыми свойствами, по которым его можно отличить от других. Отдельные физические свойства могут быть одинаковыми у различных минералов и, наоборот, какое-либо свойство у одного и того же минерала может меняться в зависимости от состава и количества примесей. Поэтому при определении минерала необходимо определить возможно большее число его свойств. Только в редких случаях некоторые свойства бывают настолько характерны, что по одному-двум из них можно сразу диагности- ровать минерал. Минералы встречаются в виде индивидов (зёрен или кристаллов) или агрега- тов (скоплений зёрен или кристаллов). Характерный облик минеральных индивидов: изометричный (примеры минералов: пирит, гранат, магнетит), удлинённый (берилл, кварц), уплощённый (пластинчатые кристаллы слюды). Основные варианты внешнего вида минераль- ных агрегатов: друзы – сростки кристаллов, приросших одним концом к породе (кварц); дендриты (похожие на ветки деревьев – самородная медь); натёчные формы (малахит); секреции – минеральные образования с ростом минерального ве- щества от периферии к центру, мелкие секреции – миндалины, крупные – жеоды (аметист); конкреции – стяжения округлой формы с отложением минерального ве- щества вокруг центра кристаллизации, то есть с образованием от центра к перифе- рии, могут иметь радиально-лучистое или концентрически-зональное внутреннее строение; оолиты – мелкие округлые образования, имеющие концентрическое строение и возникающие при выпадении минерального вещества из водных раство- ров, сходны с конкрециями (марганцевые руды, бокситы). Оптические свойства 1. Цветминералов зависит от химического состава и от примесей; иногда кроме основной окраски есть дополнительная поверхностная плёнка (дополнитель- ный цвет), это явление называется побежалостью. Примеры минералов: халькопи- рит может иметь радужную побежалость. 2. Цвет черты (черта) – цвет минерала в порошке. Черту получают при про- ведении минералом по бисквиту – матовой (неглазурованной) поверхности фарфо- ровой пластинки. Примеры: пирит соломенно-жёлтого цвета имеет чёрную черту, гематит серого цвета имеет вишнёво-красную черту. 3. Блеск зависит от способности минерала отражать от своей поверхности свет. Основные виды блеска: металлический – сильный блеск, свойственный ме- таллам (примеры минералов: пирит, галенит), полуметаллический – блеск потуск- невшей поверхности металла (графит, хромит), стеклянный (кварц, гипс, кальцит), алмазный – особенно сильный блеск (касситерит, сфалерит), перламутровый – прозрачные минералы блестят как поверхность перламутровой раковины (слюда, тальк), шелковистый – при тонковолокнистом строении минерала, напоминает блеск шелковых нитей (хризотил-асбест), жирный – слабый блеск (нефелин), мато- вый – минералы не блестят, имеют неровную поверхность (глинистые минералы, халцедон). 4 4. Прозрачность – способность минералов пропускать свет. По степени про- зрачности минералы подразделяют на: прозрачные (кварц, кальцит), полупрозрач- ные (гипс), непрозрачные (пирит, магнетит). 5. Двупреломление– разложение светового луча, входящего в кристалл, на два преломленных; можно увидеть двойное изображение (прозрачный кальцит). Механические свойства 1. Твёрдость – степень сопротивления минерала внешнему механическому воздействию (например, царапанию). Для определения твёрдости используется шкала Мооса, в которой минералы расположены в порядке возрастания твёрдости, так, что каждый предыдущий минерал царапается последующим: тальк 1 вспомогательные средства: гипс 2 ноготь царапает минералы с твёрдостью 1-2; кальцит 3 флюорит 4 апатит 5 стекло царапает минералы с твёрдостью 1-5; полевые шпаты (ортоклаз) 6 стальная игла или нож царапает минералы с твёрдостью 1-6 кварц 7 топаз 8 корунд 9 алмаз 10 2. Спайность – это способность минералов раскалываться или расщепляться по определённым направлениям с образованием блестящих параллельных плоско- стей. Различают следующие степени совершенства спайности: весьма совершенная (минерал очень легко раскалывается или расщепляется на ровные и гладкие пла- стинки: слюды), совершенная (минерал раскалывается при слабом ударе молотком на гладкие параллельные пластинки, кубы или другие формы: кальцит, галенит), средняя (минералы при расколе образуют и гладкие плоскости спайности и поверх- ности с неровным изломом: полевые шпаты), несовершенная (поверхность раскола, как правило, представляет собой неровные поверхности: оливин), весьма несовер- шенная (спайность практически отсутствует, такие минералы имеют неровную по- верхность раскола: кварц). При характеристике спайности указывают: степень со- вершенства спайности, количество систем параллельных плоскостей, по которым раскалывается минерал, кристаллографические формы, по которым раскалывается минерал или углы между плоскостями спайности. Надо уметь отличать плоскости спайности от граней кристалла: плоскости спайности имеют более сильный блеск и свежий вид, образуют ряд параллельных друг другу плоскостей, обычно гладкие. У некоторых минералов на гранях кристаллов присутствует штриховка (кварц, пирит). 3. Плотность (удельный вес): на практике – приблизительное определение путём взвешивания на руке, высокая плотность (более 4-5 г/см 3 ) – тяжёлые (само- родные металлы, галенит, магнетит), низкая плотность (до 2,5 г/см 3 ) – лёгкие. Чаще встречаются минералы с удельным весом от 2 до 5 г/см 3 4. Магнитность: обладают немногие минералы – магнетит, иногда пирротин. Определяется с помощью магнитной стрелки. 5. Вкус: солёный вкус имеетгалит, жгучий горько-солёный – сильвин. 5 6. Реакция с соляной кислотой с выделением углекислого газа в виде пу- зырьков. Реагируют с разбавленной соляной кислотой (4-10%) минералы из класса карбонатов: кальцит (CaCO 3 ) – в образце, доломит (CaMg(CO 3 ) 2 ) – в порошке, маг- незит (MgCO 3 ) – с нагретой HCl. ДИАГНОСТИКА МИНЕРАЛОВ Классификация минералов основана на их химическом составе. В учебной программе минералы из следующих классов: самородные элементы, сульфиды, ок- сиды и гидроксиды, галоиды, карбонаты, сульфаты, фосфаты, силикаты. В приводимой ниже характеристике минеральных классов даются некоторые общие свойства, характерные для входящих в учебную программу минералов данно- го класса. Рекомендуется выучить общие свойства для каждого класса, запомнить схожие по некоторым свойствам минералы и знать свойства, по которым их можно различить. При определении минералов сначала необходимо по возможности более полно определить свойства, а затем по определительной таблице (приложение 1) установить название минерала. Следует помнить, что в одном образце одновременно могут находиться несколько различных минералов. Помощь при определении может оказать и знание устойчивых парагенезисов минералов. Парагенезис – совместное закономерное нахождение определенных ми- нералов, вызванное близостью процессов их образования. Наиболее часто встречае- мые парагенезисы: - галенит – сфалерит; - киноварь – антимонит; - пирротин – пентландит; - пирротин – халькопирит – пентландит; - пирит – халькопирит; - гранат – пироксен; - нефелин – апатит. Самородные элементы подразделяются на два подкласса: самородные ме- таллы и неметаллы. Для металлов (в учебной программе: золото, серебро, медь) можно выделить характерные общие свойства: - металлический блеск; - блестящая металлическая черта; - низкая твердость (обычно менее или равна 3); - высокая плотность; - ковкость; - электропроводность и теплопроводность. Для неметаллов (алмаз, графит, сера) таких общих свойств выделить не уда- ётся. Для сульфидов характерны: - металлический блеск (исключения: киноварь и сфалерит, имеющие алмазный блеск); - преимущественно чёрная или серая черта (исключения: киноварь – красная черта, сфалерит – цвет черты меняется от почти белой до коричневой в зависимости от цвета минерала); - низкая твердость – менее 5 (исключение: пирит – 6); - часто высокая плотность. 6 При определении следует помнить, что минерал молибденит похож на гра- фит, отличаясь от него более сильным блеском. Минералы пирит и халькопирит, близкие по цвету, отличаются по твердости. Схожие по многим свойствам пирротин и пентландит отличаются по степени совершенства спайности (пирротин имеет не- совершенную спайность, пентландит – совершенную). Магнитный пирротин от маг- нетита отличается цветом и низкой твердостью. Сфалерит по многим свойствам бли- зок к вольфрамиту, отличаясь по спайности (у сфалерита спайность по нескольким плоскостям, а у вольфрамита – по одной), иногда их можно различить по форме кри- сталлов (изометричные у сфалерита, уплощенные или удлиненные у вольфрамита). Общими свойствами для входящих в определительную таблицу минералов из класса оксидов являются: - чаще металлический или полуметаллический блеск, у кварца – стеклянный, у кас- ситерита и вольфрамита – обычно алмазный; - цвет чаще темный: черный, серый, коричневый (исключения: кварц и халцедон, ко- торые могут быть различно окрашены); - черта тёмная (чёрная, коричневая, у гематита – тёмно-красная); светло-бурая – у хромита, либо отсутствует (кварц, халцедон, касситерит); - высокая твёрдость – 6 и более (исключение: вольфрамит – 5); - высокая плотность (исключение: кварц и халцедон). Можно перепутать жильный кварц, имеющий жирный или слабый стеклян- ный блеск, с халцедоном или нефелином. От халцедона кварц отличается зернисто- стью, что обычно проявляется в более неровном изломе, а от нефелина большей твёрдостью и парагенезисом (кварц и нефелин никогда вместе не встречаются). Классы: галоиды, сульфаты, карбонаты, фосфаты. Минералы этих клас- сов: - в чистом виде большинство из них бесцветны или светлоокрашены (исключения: зеленый малахит, синий азурит, флюорит может иметь разный цвет в одном образце – зелёный, фиолетовый, белый); - черта белая (исключения: малахит – зеленая черта, азурит – голубая черта); - низкая твердость (не более 5); - низкая плотность (исключение: барит с высокой плотностью); - совершенная спайность (исключение: апатит с несовершенной спайностью); карбо- наты имеют совершенную спайность по ромбоэдру; - карбонаты реагируют («вскипают») с разбавленной соляной кислотой с выделени- ем углекислого газа; особенности этой реакции позволяет отличить сходные по внешнему виду карбонаты. Для силикатов можно выделить следующие общие свойства: - черты чаще нет или белая или светло-зеленоватая; - у многих силикатов твёрдость 6 и выше, кроме глинистых минералов, талька, слюд, серпентина, хризотил-асбеста, хлорита; - блеск чаще стеклянный, реже перламутровый (слюды), шелковистый (хризотил- асбест), жирный (нефелин). ДИАГНОСТИКА ГОРНЫХ ПОРОД Горные породы – естественные или природные ассоциации минералов, имеющие определенный минеральный состав, структуру и текстуру, и образующие- ся в определённых геологических условиях. 7 Петрография изучает минеральный и химический состав горных пород (пре- имущественно магматических и метаморфических), их строение и происхождение; осадочные породы изучает литология. По своему происхождению (генезису) горные породы разделяются на три большие группы: 1) магматические, образующиеся в результате затвердевания магмы внутри земной коры или на её поверхности (эндогенные процессы); 2) осадочные, связанные с экзогенными процессами – накоплением осадочного ма- териала и последующем образованием горных пород; 3) метаморфические, обра- зующиеся в результате преобразования ранее существовавших пород под воздейст- вием эндогенных факторов, например, таких, как высокие температура и давление. Для характеристики горной породы необходимо изучить ее минеральный со- став, а также особенности строения, то есть структуру и текстуру. Структура горной породы – это характеристика внутреннего строения поро- ды по степени кристалличности, форме и размеру минеральных зёрен. Единичными элементами являются зёрна или кристаллы, а их размеры, как правило, невелики, по- этому структура считается микроскопической характеристикой. Структуры изучают чаще с помощью микроскопа в петрографических шлифах или в полированных об- разцах (аншлифах). По степени кристалличности структуры разделяют на полнокристалличе- ские и неполнокристаллические, вплоть до скрытокристаллических, когда индивиды глазом не различимы. Неполнокристаллические структуры, в которых на фоне скры- тозернистой массы видны отдельные кристаллы или зёрна минерала, называют пор- фировыми. В случае если крупные вкрапленники выделяются на фоне полнокри- сталлической основной массы, структура называется порфировидной. Полнокристаллические структуры разделяют по абсолютному размеру минеральных индивидов (зерен, кристаллов): микрозернистая – около 0,01-0,1 мм, мелкозернистая – около 0,1-2 мм, среднезернистая – около 2-10 мм, крупнозернистая – около 10-20 мм, гигантозернистая – более 20-50 мм. Текстура горной породы – это характеристика внешнего строения горной по- роды, связанная с формой и ориентировкой минеральных агрегатов. Единичными элементами служат минеральные агрегаты, однородные по составу и структуре. Эта характеристика чаще определяется макроскопически т.к. может наблюдаться в об- разцах, естественных и искусственных обнажениях. Словесная характеристика текстуры полезного ископаемого даётся при по- мощи специальных терминов, при этом даже в одном образце нередко можно на- блюдать несколько текстурных элементов. Текстура может указывать на генезис горной породы: слоистая, оолитовая, органогенная текстуры характерны для осадоч- ных пород, нодулярная – для магматических, плойчатая, гнейсовая – для метамор- фических. Некоторые текстуры характерны для горных пород любого происхожде- ния, например, массивная, характеризующаяся равномерным и сплошным располо- жением минеральных зёрен. Осадочные горные породы По способу образования осадочные породы делятся на обломочные (табли- ца 1), состоящие из обломков минералов и горных пород, хемогенные (таблица 2), представленные минералами, сформировавшимися химическим путем, и органоген- ные (биогенные, биохемогенные), в основе которых находятся твердые части орга- низмов. 8 Обломочные осадочные горные породы классифицируют по размеру облом- ков, по степени сцементированности, по форме обломков (для грубообломочных). Наиболее характерными текстурами осадочных пород являются слоистая, оолитовая, массивная, землистая, обломочная, органогенная; структуры – зернистые или скрытокристаллические. Термины «обломочная» и «органогенная» могут ис- пользоваться для характеристики и структуры и текстуры осадочных пород. Таблица 1 Осадочные обломочные (терригенные) породы Группа пород по размеру обломков Рыхлые породы Сцементированные породы Грубообломочные (1-2 – 100 мм и более) угловатые обломки окатанные обломки угловатые об- ломки окатанные об- ломки глыбы, щебень, дресва валуны, галька, гравий Брекчия (глыбовая, ще- беночная…) Конгломерат (валунный, галечный…) при наличии карбонатного це- мента порода может реагиро- вать с HCl с выделением CO 2 Среднеобломочные (0,1 – 1-2 мм) Песок Песчаник (весьма шероховатый на ощупь; при наличии карбонат- ного цемента может реагиро- вать с HCl с выделением CO 2 ) Мелкообломочные (0,1-0,01 мм) Алеврит Алевролит (немного шероховатый на ощупь) Глинистые (менее 0,01 мм) |