Морфология минералов и их агрегатов

ГЕОЛОГИЯ

Учебное пособие к практическим занятиям

Часть первая

Челябинск

Издательский центр ЮУрГУ

2013

УДК 55(076.5) + 624.131.1(0765)

Т19

Одобрено

учебно-методической комиссией архитектурно-строительного факультета

Рецензенты:

главный геолог партии ППР и ГИ

ОАО «Челябинскгеосъемка», канд. геол.-минерал. наук Б.А.Пужаков;

зав. кафедрой строительного производства ЧИПС – филиала УрГУПС

канд.техн. наукВ.Г. Подойников

В первой части учебного пособия изложены цели, содержание и алгоритм выполнения практических работ по изучению минералов и горных пород, предусмотренных рабочими программами дисциплин «Геология» и «Инженерная геология» согласно ФГОС ВПО. Теоретический материал изложен с учетом последних достижений геологической науки и современных нормативных документов. Учебное пособие является дополнением к опубликованным учебным пособиям по геологиии обращает внимание студентов – будущих строителей на инженерно-геологические свойства горных пород как грунтов.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки «Строительство» и по специальности «Строительство уникальных зданий и сооружений».

УДК 55(076.5) + 624.131.1(0765)

© Издательский центр ЮУрГУ, 2013

ВВЕДЕНИЕ

Согласно Федеральным государственным образовательным стандартам высшего профессионального образования (ФГОС ВПО) по направлению подготовки «Строительство», предусматривается изучение студентами дисциплины Б.2.07.02 Геология в количестве 72 часов. Из них 36 часов выделяется на самостоятельное изучение дисциплины. Для студентов, обучающихся по специальности «Строительство уникальных зданий и сооружений», на самостоятельное изучение дисциплины «Инженерная геология» предусматривается 72 часа. Геология рассматривается в ФГОС ВПО как инженерное обеспечение строительства, поскольку все здания и сооружения строители возводят на горных породах – грунтах, с учетом инженерно-геологических условий.

Основной теоретический материал по дисциплинам «Геология» и «Инженерная геология» излагается на лекциях, а также в опубликованных учебниках, пособиях и словарях[1, 2, 8, 9, 10]. В первой части данного учебного пособия рассматриваются практические работы по изучению минералов и горных пород – важнейших объектов исследования геологии.

В пособии приводятся тематика, цели, задачи, задания и методические рекомендации по выполнению практических работ. Каждая практическая работа сопровождается кратким изложением теоретического материала, необходимого для овладения методами и для приобретения навыков изучения, определения, анализа и составления характеристики геологических объектов: минералов и горных пород, а также геологических карт и разрезов. Вначале студенты знакомятся с диагностическими свойствами минералов и учатся их определять, затем –с основными породообразующими минералами, их физическими свойствами, классификацией и основными отличительными признаками.На последующих занятиях студенты учатся распознавать минералы в составе горных пород, их текстурные, структурные особенности и получают первые навыки их описания, определения названия и генезиса. Знакомство и изучение горных пород осуществляется на примереколлекционных образцов минералов и горных пород, находящихся в учебном кабинете кафедры «Строительные материалы» (348 ауд. Л. К.), а также при посещении Учебного геологического музея, где имеются обобщающие экспозиции минералов, горных породи полезных ископаемых (ауд.101 корпуса 1А ).

Объем аудиторных занятий недостаточен для получения надежных навыков по определению, узнаванию и запоминанию горных пород и минералов, поэтому студентам рекомендуется заниматься с коллекциями в учебном кабинете или в музее не менее 5 часов. Для успешного выполнения практических работ необходима предварительная самостоятельная работа, которая должна включать в себя анализ и закрепление теоретического материала по изучаемой теме, а также выполнение опережающих заданий, перечисленных для каждой практической работы.По окончании изучения раздела студенты выполняют контрольную работу по диагностике образцов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 1

ФИЗИКО-ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ

 Цель – приобрести навыки определения важнейших физико-диагностических свойств минералов,и научиться определять по комплексу свойств минеральные виды, т.е. давать название минералам.

Оборудование – коллекция минералов шкалы Мооса, стеклянные пластинки, керамические пластинки (бисквит), 5..10 %-ный раствор соляной кислоты, конспекты лекций, учебные пособия [1, 6, 7, 8, 9] и подготовленный дома трафарет таблицы 1.

Теоретические основы минералогии кратко описаны нами в учебном пособии [8], в разделе 2.2. Знакомство с физико-диагностическими свойствами мы рекомендуем выполнять на примере минералов шкалы Мооса (табл. 2), которая включает в себя 10 минералов, довольно часто встречаемых в земной коре.

Физико-диагностические свойства минералов – это физические, химические и другие их свойства, которые определяются макроскопически (на глаз) и зависят от их химического состава и внутреннего строения, то есть кристаллической решетки. Минералы отличаются друг от друга комплексом свойств, которые необходимо определить, чтобы дать название минерала, то есть определить принадлежность изучаемых образцов к тому или иному минеральному виду.

Минеральные виды слагают в основном горные породы в виде индивидов - отдельных зерен или кристаллов, поэтому следует определять свойства именно у отдельных индивидов. Однако в земной коре крайне редко встречаются крупные индивиды – размером более 3…5 см. Поэтому чаще приходиться определять свойства индивидов с малыми размерами – менее 1 мм, которые находятся в сростках с большим количеством другим мелких индивидов – в виде агрегатов, но при этом все нужно определять свойства отдельных зерен – индивидов. Рассмотрим важнейшие диагностические свойства минералов и способы их определения.

Морфология минералов и их агрегатов

Под морфологией минералов понимают, прежде всего, его внешний вид, который выражается в его размерах – соотношении длины, ширины и высоты, форме – наличии характерных граней кристаллов или их отсутствии, а также в преобладании каких-то определенных форм у индивидов. Сама форма кристаллов, наличие определённых граней, например граней куба или пирамид, зависит от их кристаллической решетки, принадлежности к тому или иному класса и сингонии симметрии. Так относительно правильные формы кристаллов: кубы, октаэдры и другие, возникают при относительно идеальных условиях и встречаются в земной коре не часто. Чаще индивиды имеют плохо выраженную и неправильную форму, а также незначительные размеры, так как условия их образования были далеки от идеальных и достаточно изменчивыми. На практических занятиях по минералогии мы стараемся выдавать студентам образцы с максимально крупными размерами зерен и наиболее правильной формы.

Таблица 1

Физико-диагностические свойства минералов шкалы Мооса

  Выполнил                                                                                  Проверил

Часто минералы встречаются в виде сростков – агрегатов, индивидов различных размеров, как правило, менее 1 мм.

Для определения морфологии нужно обратить внимание, прежде всего, на размер индивидов. На сколе крупные и гигантские индивиды размером более 5 – 10 мм. имеют определенный вид поверхности – зеркально гладкий или нет. Свет от каждого индивида отражается наиболее ярко под определенным углом, благодаря чему можно условно провести границу между отдельными зернами, кристаллами. В этом случае морфологию следует охарактеризовать как «обломок крупных кристаллов» или «крупнокристаллический агрегат». Именно у таких зерен следует определять все другие физико-диагностические свойства.

Кристаллически-зернистые агрегаты (самые распространенные формы) об-разуются при одновременной кристаллизации из растворов или расплавов большого количества минеральных зерен. Различают крупно- (> 5 мм), средне- (1…5 мм) и мелкозернистые (< 1 мм) агрегаты. Кроме того, по форме они мо-гут быть относительно идиоморфными– правильными (листоватыми, чешуйчатыми, игольчатыми, волокнистыми, изометричными – кубическими, октаэдрическими и другими) и ксеноморфными (неправильными).Идиоморфные кристаллы вырастают первыми при более благоприятных условиях, а ксеноморфные – последними и занимают оставшееся для них пространство (рис. 1). Вблизи земной поверхности возникают преимущественно мелко и скрыто-зернистые агрегаты с определенной морфологией, которую можно увидеть лишь под микроскопом,  у таких мелких зерен свойства минералов определять очень трудно.

Часто встречаются сростки зерен – агрегаты, с различными размерами и расположенными в определенном порядке. Такие агрегаты имеют свои определенные названия: друзы, щетки, оолиты, конкреции, дендриты, зернистые и землистые агрегаты и другие. В агрегатах с мелкими зернами – менее 1 мм, достаточно трудно определять свойства минералов. Такие образцы диагностируют по отдельным отличительным свойствам, в том числе и морфологии. Например, дендриты – двухмерные агрегаты зерен в виде веточек растений, характерны для оксидов и гидрооксидов марганца; оолиты – для гидрооксидов алюминия и железа: диаспора, гидраргиллита, лимонита и других.

Таким образом, когда Вы берете в руки образец, необходимо обратить внимание на его морфологию и определить. Что это? Отдельный кристалл с гранями, как на рис. 1. 1 – 6? Или это сростки крупных кристаллов определенной формы, как на рис. 1. 7, 8? Или это просто зернистый агрегат? Морфология минералов и агрегатов представляет собой важнейшее диагностическое свойство и зависит от условий образования и кристаллической решеткиминералов.