Определить причины формирования тех или иных свойсть горных пород без изучения слагаюцих их элементов минералов, невозможно
 Скачать 402.17 Kb.
|
|
ПРЕДИСЛОВИЕ Инженер-строитель, встречаясь в своей практической деятельности с горными породами, решает весьма сложную и трудоемкую задачу, оценивая их инженерно-геологические особенности как с целью использования горных пород в качестве среды или основания сооружений, так и для получения строительных материалов. Определить причины формирования тех или иных свойсть горных пород без изучения слагаюцих их элементов - минералов, невозможно. Поэтому в процессе изучения курса "Инженерная геология и охрана природной среды" студентам необходимо приобрести практические навыки самостоятельного определения минералов по внешним признакам, научиться различать минералы в горных породах, понимать зависимость свойств горных пород от их минерального состаьа и условий формирования. Многообразие природных условий формирования минералов привело к чрезвычайно обширному их количеству, причем список вновь открываемых минералов все время пополняется. В связи с этим изучить все минералы в лаборатории инженерной геологии невозможно. Г'ппьным "строительным материалов горных пород является довольно небольшое количестве минералов. Изу"ив эти главные породообразующие минералы, студент может прогнозировать проявление их свойств в горных породах - главном объекте изучения'инженера-строителя. Наряду с этим овладение визуальным методом определения минералов по внешним диагностическим приэнаким, глубокое осьоение эти}„ признаков на наиболее характерных из главных породообразующих минералов позволит студентам при необходимости определять другие минералы. волнение лабораторных работ по породообразующим минералам также даст возможность лучше изучить различные классификации минералов, их генезис, химический состав, структуру, особенности наиболее характерных свойств, в том числе представляющих особый интерес для инженера-строителя. К таким особенностям относятся: устойчивость к выветриванию, растворимость в воде, прочность. В процессе выполнения лабораторных работ после внимательного рассмотрения коллекций образцов минерале нахождения диагностических признегов и определения минералов студенты производят записи в б) натечные формы - минеральные образове"ия в виде сосулек (сталактиты, сталагмиты), корочек сложного строения, почков! 'ных натеков и т.д. Сталактиты и сталагмиты часто встречаются в г.ещерах среди известняков. Сросшиеся сталагмиты и сталактиты называют сталагнатами; псевдоморфозы - необычные для данного минерала формы кристаллов. Они возникают при замещении одних минералов другими в результате реакции обменного характера. Новообразованный минерал воспринимает кристаллическую форму, а иногда и внутреннее строение старого минерала. Например, лимонит при замещении пирита нередко приобретает форму куба. 1У. СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ I. Механические свойства Спайность- способность минерала раскалываться при ударе в определенном налраач^нил с образованием четко выраженных гладких блестящих плоскостей - плоскостей спайности. Спайность свойственна исключительно кристаллическим вешествам и всегда направлена параллельно одной из возможных или действительно наблюдаемых граней кристалла, это свойство минералов обусловлено их внутренней кристаллохи^: :ческой структурой и отражает силу .сцепления между ионами в кристаллической решетке, зависящую от характера связи и расстояния между ними. В зависимости от того, насколько отчетливо проявляется это свойство, различают следующие степени совершенства спайности:
весьма несовершенная спайность - минерал раскалывается с образованием только поверхности излома (кварц, корунд, пирит). 1 0Излом- способность минерала раскалываться в направлении, не совпадающем с плоскостями спайности. В отличи0 от спайности излом не имеет правильных, ориентированных, блестящих поверхностей. Дчя определения минералов важно различать следующие виды излома: неровный (кварц),раковистый - похожий на внутреннюю поверхность раковины (кремень, обсидиан, опал), ступенчатый (ортоклаз), занозистый (асбест, роговая обманка), крючковатый - поверхность излома покрьгга мелкими крючочками (медь, серебро), землистый - поверхность матовая и как бы покрыта мелкой пылью (каолинит, монтмориллонит). Твердость - способность минерала оказывать сопротивление внешнему механическому воздействию. Различают твердость относительную - при царапании минерала предметами (или минералами) определенной твердости, и абсолютную - истиршле в порошок -за единицу враменй. Абсолютная твердость определяется количественно точно путем вдавливания в поверхность минерала чрезвычайно твердого металлического шарика на специальном приборе - склерометре или другом стандартном инденторе. Это свойство обусловлено внутренним строением кристаллической решетки минерала. В табл.2 приведен перечень эталонных минералов относительной твердости по шкале Мооса. Используя шкалу Мооса, можно сравнивать минералы по твердости, царапая друг о друга кусочки минералов- испытуемого и выбранного б качестве эталона. Царапина - это углубление (борсэда) на поверхности минерала, но отнюдь не след в виде штриха. Из двух минералов тверже тот, который царапает другой, но при этом не царапается сам. Если, например, минерал цараг.ает все эталоны, нччиная с флюорита (его активная твердость равна 4), и сам царапается всеми эталонами, начиная с апатита (пассивная твердость 5), то ему приписывается таердость 4,5 или от 4 до 5 - оба утверждения равнозначны друг другу. В полевых условиях для определения относительной твердости можно использовать различные легкодоступные предметы с известной твердостью, например, твердость мягкого карандаша I, ногтя - 2,5...2, медной монеты - 3« железного гвоздя - 4-••4,5, оконного стекла - 5, стального ножа - 5,5...6, напильника - до 7. Испытание на твердость ггроизводят на свежж гранях, изломах и поверхностях спайности, так как выветривание, микротрещиноватосгь, посторонние налеты . .жажяпт результаты. Получив след от эталона, необходимо убедиться, что это действительно царапина, а не оставленная эталоном черта. этого пробуют стереть след пальцем и рассматривают его в лупу, мелкозернистые и волокнистые агрегаты при испытаниях показывают заниженную твердость, так как оставшийся от царапания след вызывается деформацией и выкрошиванием мелких кристалло".
Точная (абсолютная) твердость минералов определяется на специальном приборе - микротвердометре (склерометре). Она существенно отличается от значений по шкале Мооса; так, твердость алмаза в несколько тысяч раз больше твердости талька. Большинству минералов свойственна анизотропия твердости, но, как правило, обнаружить ее можно лишь точными измерениями. Исключение составляет кианит (дистен): его твердость вдоль удлинения кристаллов 5,5, а в поперечном направлении - до 7. 2щ Оптические свойства Шкала твердости минералов Оптические свойства включают такие важные диагностические признаки минералов, как цвет минерала, цвет черты, блеск и прозрачность. цвет - окраска минерала в образце (куске). Цвет минералов зависит от их структурных особенностей, присутствия в них красящих элементов (хромофор) и механических примесей. Благодаря хромофорным примесям цвет одного и того же минерала может бьггь различным, поэтому следует различать собственную (идиохроматическую) окраску и чуждую (аллохроматическую). Для точной оценки цвета минерала его необходимо изучать иа свежем изломе, так как на поверхности он может измениться в результате выветривания, что особенно заметно у сульфидов (пирит). Иногда кроме основной окраски минерала можно наблюдать цветовые явления, возникающие вследствие интерференции света в тонких поверхностных пленках (побежалость) или пластинчатой неоднородности кристалла (иризация). Побежалость часто бывает радужной, из нескольких цветов, как у халькопирита, причем поверхность минерала переливается синим, красным и розово-фиолетовым цветом, иногда побежалость бывает одноцветная, например, золотистая, как у бурого железняка (преимущественно в натечных формах). Широко известный пример псевдохроматической окраски - радужная иризация Лабрадора в синих тонах. Цвет черты - цвет минзр'ала в порошке. Этот признак определяется по черте (след порошка), оставляемой минералом на матовой, неглазурованной поверхности фарфоровой пластинки. Необходимость определения цвета черты обусловлена тем, что многие минералы в порошке имеют иной цвет, чем в куске. Маскируемый сильным блеском, цвет кристаллов может не совпадать с цветом черты, которгл является оолее постоянным признаком (например, соломенно-желтый пирит в порошке почти желтей, а железно-черные кристаллы гематита оставляют вишнево-красную черту). Черта имееъ значение главным образом при определении непрозрачных густо окрашенных минералов; светлоокрашеннье обычно дают белую черту. Блеск- способность минерала отражать свет, падающий на его поверхность. Блеск завис.гг от показателя преломления света минерала и от характер его поверхности, разобраться в этом свойство минералов для начинающих довольно трудно. Приведем ниже взаимоотношения между блеском, прозрачностью и цветом черты минералов. Различают несколько разновидностей блеска минералов. I. Металличес кий- как у железа, стали, золота, серебра на полированной поверхности. Металлический блеск, свойственный самородным-металлам, большинству сернистых минералов и оксидам железа, связан с непрозрачностью минерала. В силу этого цветчерты минералов с металлическим блеском черный или темнооюашенный (есть исключения: медь дает темно-красную черту, золото и медный колче,г >н - зеленоватую, серебро - серебристо-белую).
Проэрачност ь. Под этим свойством понимается способность минерала полностью поглощать, отражать или пропускать световые лучи. Минералы делятся на прозрачные (горный хрусталь, кальцит), полупрозрачные (опал, слюцы), непрозрачные (пирит, i-pa- фит). Некоторые непрозрачные минералы в тонких срезах просвечивают характерным цветом, например, гематит - кроваво-красным. 3. 5изичрские свойства минералов Наиболее важным диагностическим признаком минералов является плотность минеральных частгц*. Это физическое свойство минералов, определяемое отношением массы тверцой составляюле1 минерала к сани- маемому ею объему при его полном заполнении, позволяет выделить тяжелые минералы > 0,4 г/см3), например, пирит с плотностью 4,9...5,2 г/см3. визуачыюм методе не определяется. В с б уем случае зависит от :есы «дер .• •-OB, атомных радиусов <чмичесамх элементов, входящих g ссстд.з : 'иерада, Большинство же минералов имеет плотность 2,5..-4.О г/см3, хотя обидй диапазон ее изменения достаточно велик: от 1,0 г/см3 (озокерит) до 19. ..21 г/ом3 (самородная платина). Ваяй.о научнться определять плотность приблизительно, вэвеишвхя кус эк минерала на ладони (лучше левой руки), и различать таким образом минералы "легкие", "тяжелые" и "очень тяжелые". Гибкость и упругость - специфические свойства минералов пластинчатого, листового, игольчатого, волокнистого сложения. Некоторые из них (слюды, асбэст, хлориты) способны сгибаться, не ломаясь, а другие (селенит, графит, Маргарит) при этом ломаются. Упругими считаются те гибкие минералы, которые после сгибания самопроизвольно принимают первоначальную форму. 4. Хичичг-ские и другие свойства минералов DscbMa существенными диагностическими признаками м дне рал о в являются: взаимодействие минералов с кислотами, растворимость в воде (вкус), запах, магнитные и электромагнитные свойства, гидратация и дегидратация. Взчимодейстпие с соляной кислотой - этот признак, характерен только для карбонатов (кальцит, доломит, магнезит). Взаимодействие с НС£ сопровождается выделением пузырьков газа (минерал "кипит" под воздействием кислоты). Интенсивность реакции у разных карбо- натоэ различна, поэтому нислоту применяют при разных температурах и степени измельчения минералов. (Кальцит бурно реагирует с HCf, магнезит только с подогретой НС£, а доломит реагирует, будучи растертым ь порошок.) Вкус определяется для минзрапов, хорошо растворимых в воде. Например, минерал голит - соленый, сильвин - горько-соленый, квасны - кислые, мирабилит - холодящий. Запах. Это свойство проявляется при трении, ударе, горении минералов, запах жженой кости сопровождает трение фосфорита, удар и появление искры у кремния. Сера горит синим пламенем с типичным удушливо-неприятным запахом. Дегидратация. Наиболее характерна для гипса и зек- лючается в потере воды (обезвоживании) при нагревании образца или воздействии на него высоких давлений. Процесс протекает с уменьшением объема образца до 30 %• Обратный процесс - гидратация (присоединение воды)характерна для ангидрита, сопровождается увеличением объема образца. Магнитные свойства (точнее ферромагнитные) присущи очень немногим минералам и позволяют практически сразу опреде. тьих название, магнитные минералы притягиваются магнитами, а в крупных массах отклоняют стрелку компаса. Этот признак характерен для магнетита, пирротина, природной платины (разновидностям, содержащим' желе?о). Небольшими магнитными свойствами обладают гематит, гидрогематит, гетит. Электростатические свойства присущи некоторым минералам, например, сере. Проявляются при механическом воздействии на минерал (натирание шерстянъы материалом). У. УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПОРОДООБРАЗУЮЩИХ МИНЕРАЛОВ Визуальный макроскопический метод определения минералов заключается в нахождении для изучаемого образца наиболее ярко выраженных руководящих диагностических признаков (габитус, спайность, твердость), которые позволяют установить принадлежность минерала к определенному классу и группе. Назвать минерал можно, зная дополнительные (специфические) диагностические признаки (цвет, блеск, реакция с НСб- ) • Перед выполнением лабораторной работы необходимо проработать конспекты лекций, учебник, методические указанкя к выполнению лабораторной работы и усвоить основные сведения о минералах (генезис, состав, строение, свойства) и понятие "диагностические признаки". Рекомендуется следующий порядок выполнения лабораторной работы:
определить относительную степень выветривания минерала, состав новообразований при химическом выветривании минералов класса "силикаты" (привести примеры), степень растворимости в воде минералов различного состава, факторы, влияющие на свойства глинистых минералов (устойчивость к выветриванию и растворимость минералов приведены в табл.3)•Относительная устойчивость некоторых породообразующих минералов при выветривании и характеристика их растворимости в воде
Порядок работы с отдельным образцом минерала:
Правильность определения названия минерала проверить по таблице прил.2. результаты работы пс теме оформить в виде таблицы ( прил.1). Защита par оты по теме "Породообразующие минералы" заключается в определении минералов по контрольным образцам во время коллоквиума. ЛИТЕРАТУРА 'Ананьев В.П.. Пчредельский Л .В.' Инженерная геология и гидрология. - м.: Еыст.школа, I960. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||