Мосин К.Ю. Инженерная геология. Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

4. Блеск минерала связан с отражением световых лучей от

поверхности минерала. По блеску различают две большие группы

минералов:

- минералы с металлическим блеском – блестящие

непрозрачные минералы, такие как пирит, самородные металлы;

- минералы с неметаллическим блеском – более обширная

группа, в которой, в свою очередь, выделяется несколько различных

видов блеска. Как то: алмазный блеск - очень интенсивный блеск

немногих прозрачных и просвечивающих минералов (алмаз, сфалерит);

стеклянный – блеск, характерный для прозрачных и полупрозрачных

минералов (кальцит, полевые шпаты, кварц); перламутровый – блеск с

радужными переливами, присущий прозрачным минералам (мусковит,

тальк, гипс); и некоторые другие виды (жирный, шелковистый,

матовый, восковый).

- минералы с полуметаллическим блеском (похожим на

металлический, но более слабый);

- минералы, лишенные блеска (землистые массы).

5. Цвет минерала. Для некоторых минералов цвет является

постоянным признаком. Например, минерал малахит всегда имеет

зеленый цвет, киноварь – красная, азурит – синий, пирит – золотистый.

Для большинства минералов цвет – непостоянный признак. Например,

полевые шпаты могут быть белые, серые, желтые, зеленые, красные. А

минерал турмалин (из группы сложных бороалюмосиликатов):

Na(Mg,Fe)

(Al,Fe)

BO



Si

(OH,F)

, может быть окрашен вообще

во все цвета радуги и даже встречаются полихромные кристаллы

турмалина: один конец розовый, другой конец зеленый, середина белая.

6. Цвет черты. Минералы, твердость которых относительно

невелика, оставляют черту на неглазурованной фарфоровой пластинке.

Цвет этой черты, или, другими словами, цвет минерала в порошке,

иногда отличается от цвета минерала в куске. Например, черные по

цвету гематит, хромит, сфалерит оставляют, соответственно,

вишнево-красную, желтую и коричневую черту, а золотистый пирит –

черную. Цвет черты обладает большим постоянством, чем цвет

минерала в образце. Для диагностики большое значение имеет цвет

черты минералов с металлическим и полуметаллическим блеском.

7.Оптические свойства минералов изучаются под

микроскопом, в очень тонких срезах – шлифах, в проходящем свете.

Однако некоторые оптические свойства можно увидеть

невооруженным глазом. Например, при прохождении света через

кристалл оптического кальцита – так называемого исландского шпата,

естественный свет распадается на две световые волны,

распространяющиеся с различными скоростями. Это эффект

двупреломления света. Предмет, рассматриваемый через пластинку

исландского шпата, двоится.

8. При диагностике – определении минерала по внешним

признакам, могут быть использованы некоторые его специфические,

присущие небольшой группе минералов, свойства:

 магнитность: некоторые минералы, содержащие

железо (магнетит), действуют на магнитную стрелку компаса и

притягиваются даже слабыми магнитами.

 прозрачность: способность минералов пропускать свет.

По степени прозрачности различают прозрачные минералы (горный

хрусталь, исландский шпат, мусковит), просвечивающие или

полупрозрачные минералы (халцедон, гипс) и прозрачные минералы.

 растворимость в воде: некоторые минералы

растворимы в воде, в основном галоиды и фториды.

 вкус: многие растворимые в воде минералы имеют

вкус: галит – соленый, сильвин – горько-соленый.

 запах: некоторые минералы имеют характерный запах:

асфальт, сера, арсенопирит FeAsS (при ударе издает запах чеснока).

 растворимость в кислотах: минералы группы

карбонатов реагируют с растворами соляной и азотной кислот (кальцит

CaCO

– бурно вскипает в HCl);

 ковкость: свойство самородных металлов.

Максимальная ковкость у золота: теоретически, золото может

образовывать слой толщиной в несколько молекул;

 гибкость характерна для листоватых минералов – слюд.

 горючесть: типичные горючие минералы это

самородная сера, янтарь, озокерит.

 радиоактивность: характерна для минералов,

содержащих радиоактивные элементы (U, Th, Ra) и изотопы.

 электрические свойства: некоторые минералы

обладают электрическими свойствами. Выделяют пиро - и

пьезоэлектричество. Пироэлектричество: заряд возникает на концах

кристаллов-диэлектриков в связи с изменением температуры

(турмалин). Пьезоэлектричество: заряд возникает в кристаллах при их

растяжении или сжатии (кварц).

 люминесценция: способность свечения в

ультрафиолетовых или рентгеновских лучах; выделяют

флюоресценцию – свечение в процессе облучения и фосфоресценцию

– свечение продолжается после облучения.

§ 5. Классификация и распространенность минералов

Так как каждый минерал представляет собой определенное

химическое соединение с характерной структурой, современная

классификация минералов исходит из химического состава и

кристаллического строения.

Существует десять классов минералов: силикаты, карбонаты,

окислы, гидроокислы, сульфиды, сульфаты, галоиды, фосфаты,

вольфраматы и молибдаты, самородные элементы.

1. Силикаты. Наиболее многочисленный и распространенный

класс минералов. Для силикатов характерен сложный химический

состав и изоморфные замещения одних элементов и комплексов

элементов другими. Общим для всех силикатов является наличие в

анионной группе кремнекислородных тетраэдров SiO



в различных

сочетаниях. Общее количество минеральных видов силикатов около

800. По распространенности на долю силикатов приходится более 75%

от всех минералов литосферы. Силикаты являются важнейшими

породообразующими минералами, из которых сложена основная масса

горных пород (полевые шпаты, слюды, роговая обманка, пироксены,

оливин, хлорит, глинистые минералы). Самыми распространенными в

природе являются минералы группы полевых шпатов.

2. Карбонаты. Карбонаты – соли угольной кислоты. Это

многочисленная группа минералов, из которых многие имеют

значительное распространение. Наиболее широко они распространены

на земной поверхности и в верхней части земной коры. Карбонаты

встречаются, в основном, в осадочных и метаморфических (мрамор)

горных породах. Большинство карбонатов безводные и представляют

собой простые соединения, главным образом Ca, Mg и Fe с

комплексным анионом CO



. Характерные представители класса

карбонатов кальцит, доломит, малахит, сидерит, магнезит.

3-4. Окислы и гидроокислы. Окислы – соединения элементов с

кислородом, в гидроокислах присутствует также вода. В земной коре

на долю окислов и гидроокислов приходится около 17%. Наиболее

распространенными минералами этого класса являются окислы Si, Al,

Fe, Mn, Ti, при этом минерал кварц SiO

– самый распространенный

минерал на земле (около 12%). В кристаллических структурах

минералов класса окислов катионы металлов находятся в окружении

анионов кислорода О

(в окислах) или гидроксила ОН

(в

гидроокислах). Характерные представители: кварц, корунд, магнетит,

гематит – окислы; лимонит, боксит – гидроокислы.

5. Сульфиды. Сернистых и аналогичных им минералов

насчитывается более 200 видов, но общее их содержание в земной коре

невелико, около1%. С химической точки зрения они являются

производными сероводорода H

S. Происхождение сульфидов главным

образом гидротермальное, а также магматическое, редко – экзогенное.

Минералы класса сульфидов образуются, как правило, на глубине,

ниже границы проникновения в земную кору кислорода атмосферы.

Попадая в приповерхностную область, сульфиды разрушаются, кроме

того, реагируя с водой и кислородом, они образуют серную кислоту,

которая агрессивно воздействует на горные породы. Таким образом,

сульфиды являются вредной примесью в природных строительных

материалах. Наибольшее распространение имеют сульфиды железа –

пирит, халькопирит; другие представители – галенит, сфалерит,

киноварь.

6. Сульфаты. Сульфаты – соли серной кислоты. Многие из них

растворимы в воде, поскольку являются осадками морских или

озерных соленых водоемов. Некоторые сульфаты являются продуктами

зоны окисления; известны сульфаты и как продукты вулканической

деятельности. На долю сульфатов приходится 0,5% массы земной коры.

Различают сульфаты безводные и водные, содержащие кроме общего

для всех анионного комплекса SO



также добавочные анионы (ОН)

Представители: барит, ангидрит – безводные, гипс, мирабилит –

водные.

7. Галоиды. К этому классу относятся фтористые, хлористые и

очень редкие бромистые и йодистые соединения. Фтористые

соединения, большей частью, связаны с магматической деятельностью,

они являются возгонами вулканов или продуктами гидротермальных

процессов, иногда имеют осадочное происхождение. Хлористые

соединения Na, K и Mg преимущественно являются химическими

осадками морей и озер и главными минералами соляных

месторождений. Галоиды составляют около 0,5% массы земной коры.

Типичные представители: флюорит (плавиковый шпат), галит

(каменная соль), сильвин, карналлит.

8. Фосфаты. Минералы этого класса представляют собой соли

фосфорной кислоты; кристаллическая структура этих минералов

характеризуется наличием анионных комплексов РО



Преимущественно это редкие минералы; наиболее широко

распространены минерал магматического происхождения апатит и

имеющие тот же химический состав осадочные биогенные фосфориты.

9. Вольфраматы и молибдаты. Этот класс содержит небольшое

количество минеральных видов; по составу минералы отвечают солям

вольфрамовой и молибденовой кислот. Главные представители

вольфрамит и шеелит.

10. Самородные элементы. В самородном состоянии в природе

известно около 40 химических элементов, но большинство из них

встречается очень редко; вообще самородные элементы составляют

около 0,1% массы земной коры. В самородном состоянии встречаются

металлы – Au, Ag, Cu, Pt, Sn, Hg; полуметаллы – As, Sb, Bi и

неметаллы – S, C (алмаз и графит).

Глава 2. Горные породы

Земная кора сложена различными минеральными агрегатами,

называемыми горными породами. Горные породы могут быть

мономинеральными (мрамор) и полиминеральными (гранит).

Минеральный состав каждой горной породы более или менее одинаков.

Горная порода образуется в определенных геологических условиях,

которые влияют на форму ее залегания, характер и взаимоотношения

составляющих ее минералов.

Горная порода – агрегат более или менее постоянных

минеральных зерен, отличающийся определенным строением,

физическими свойствами и геологическими условиями образования.

По своему происхождению горные породы разделяются на три

группы:

1. Магматические - связанные с процессами магматической

деятельности;

2. Осадочные – связанные с экзогенными процессами;

3. Метаморфические – образовавшиеся в результате

преобразования магматических и осадочных пород.

Распространение этих пород неодинаково. Около 95%

литосферы сложено магматическими и метаморфическими породами и

только 5% - осадочными. В то же время земную поверхность

покрывают на 75% осадочные породы и на 25% - две другие группы.

Изучением горных пород занимается наука петрография, она

тесно связана с минералогией и другими геологическими

дисциплинами.

Горные породы изучают в полевых условиях на свежих сколах

образца визуально или с помощью лупы. Детальное изучение горных

пород производится в лаборатории с помощью специальных анализов и

оптических приборов (химический, спектральный анализы и

микроскопические исследования). Микроскопические исследования

включают в себя исследования шлифов – очень тонких (до 0,03мм)

срезов горных пород в проходящем через них свете и аншлифов –

полированных пластинок в отраженном свете.

Определение минералогического состава горной породы (то есть

– из каких минералов она состоит) позволяет установить ее

качественный и количественный вещественный состав. Ответ на

вопрос, как горная порода образовалась из этих составных частей –

минералов, дает изучение структуры и текстуры горной породы.

§ 1. Структура и текстура горной породы

Структура – особенности строения горной породы, зависящие

от степени кристаллизации, размеров, формы, генезиса и

взаимоотношений минералов в ней.

По степени кристаллизации выделяют следующие структуры:

полнокристаллические (гранит, мрамор); некристаллические или

стекловатые (вулканическое стекло); и смешанные или

полукристаллические. Если составные части породы различимы только

в микроскоп, к названию структуры добавляют слово «микро»,

например, микрокристаллическая структура.

По размерам минеральных частиц выделяют структуры:

крупнозернистые (размер частиц более 5мм); среднезернистые (размер

частиц 1-5мм); мелкозернистые (менее 1мм); и разнозернистые

структуры. Размер компонентов горной породы часто вводится в ее

название, например, крупнозернистый гранит, микрокварцит.

По генезису (происхождению) минералов выделяют

структуры: кристаллические (гранит, каменная соль); органогенные

(породы, образующиеся из остатков организмов); и смешанные

(органогенно-обломочная структура).

По взаимному расположению минеральных компонентов

различают структуры: однородные, зернистые (при изометричной

форме и равных размерах частиц); беспорядочные (с неправильной

формой и беспорядочной ориентировкой частиц); и ориентированные

(при вытянутой форме частиц с упорядоченной ориентировкой).

Текстура горной породы показывает, как минеральные агрегаты

распределены в пространстве, то есть показывает сложение горной

породы.

Таким образом, структура – характеристика, определяющая

особенности внутреннего строения горной породы, а текстура –

отображает ее внешний облик.

По способу заполнения пространства различают текстуры:

массивную, плотную (гранит, мрамор); пористую (пемза, известняк,

базальт). Плотные текстуры присущи кристаллическим породам,

пористые – некристаллическим осадочным и излившимся на

поверхность магматическим породам, которые характеризуются

наличием пустот (пор), оставшихся от пузырьков газов, улетучившихся

при застывании лавы или образовавшихся при формировании

осадочной горной породы.

По расположению компонентов породы в пространстве

различают текстуры: однородную и неоднородную. При однородной

текстуре весь объем породы занят однородным по цвету, составу и

структуре минеральным агрегатом без ориентировки. Неоднородная

текстура характеризуется наличием в породе полос и пятен, различных

по цвету, составу, структуре.

Среди неоднородных текстур выделяют:

- шлировую (или такситовую) – порода сложена из отдельных

участков, отличающихся друг от друга по составу или по структуре или

по составу и структуре одновременно;

- гнейсовидную (полосчатую) – минералы в породе

располагаются параллельно друг другу под направленным давлением;

- флюидальную (флюидально-полосчатую) – различные

минералы вытянуты в одном направлении, напоминая поток;

- миндалекаменную – поры и пустоты в породе заполнены

вторичными минералами (кальцитом, халцедоном);

- сланцеватую – порода характеризуется плоскопараллельной

ориентировкой структурных элементов, способных при ударе

раскалываться на тонкие плитки, рассланцовываться (см. рис.2.4).

Существуют три основных типа (формы) залегания горных

пород: пластовые тела, массивы и жилы. По отношению к

вмещающим горным породам они могут быть согласными и

несогласными, секущими (см. рис. 2.5).

Пластовая форма тел – наиболее распространена в верхних

частях земной коры; характерна для осадочных пород, встречается у

магматических и метаморфических пород.

Массивы – крупные тела неправильной формы, которые

прорывают вмещающие породы; характерны для магматических пород,

в меньшей степени – для метаморфических и редко – для осадочных

пород.

Жилы – тела сложной формы, заполняющие трещины и полости

в массивах и пластах; формы залегания магматических и

метаморфических пород. Жилы могут быть различного сечения,

толщины, направления. Как правило, в длину они достигают

нескольких километров (до сотен километров) при средней мощности в

несколько метров. Жильные тела с параллельными краями называются

дайками (от шотландского «daike» - стена из камня).

Рис. 2.4. Структуры и текстуры горных пород. Структуры: 1 - порфировидная; 2 – порфировая; 3 – пегматитовая.

Текстуры: 4 – полосчатая; 5 – неоднородная; 6 – флюидальная; 7 – сланцеватая.