Минералы и горные породы

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Понятие о кристаллах, минералах и горных породах, их свойства

минерал горный порода

Минералами называются природные химические соединения или самородные элементы, образовавшиеся в результате различных физико-химических процессов в недрах Земли или на ее поверхности.

Изучением химического состава минералов, их физических свойств и условий происхождения занимается минералогия. Кристаллические формы минералов рассматриваются в кристаллографии.

В природе известно свыше 2000 минералов. По физическому состоянию они подразделены на жидкие, газообразные и твердые. К жидким относят воду, нефть, ртуть; к газообразным -- природные газы, например метан и сероводород. Однако подавляющая часть минералов -- твердые.

В зависимости от расположения молекул и атомов твердые минералы бывают кристаллические и аморфные. У минералов, находящихся в кристаллическом состоянии, молекулы и атомы располагаются в строго определенном для данного вещества порядке, образуя структурную решетку. Физические свойства таких минералов постоянны в любых параллельных направлениях и меняются в непараллельных. Другими словами, кристаллические тела разносвойственны, или анизотропны. Аморфные минералы характеризуются беспорядочным расположением молекул и атомов. Их физические свойства развиваются во всех направлениях одинаково, в связи с чем эти тела равносвойственны, или изотропны.

Минералы, находящиеся в кристаллическом состоянии, встречаются в природе чаще всего в виде агрегатов (скоплений зерен) и реже в виде кристаллов правильной формы.

Наиболее распространены следующие агрегаты: 1) зернистые, представляющие собой скопление сросшихся минеральных зерен;

2) друзы -- несколько минералов, сросшихся у основания;

3) конкреции -- образования шарообразной формы, имеющие концентрическое или радиально-лучистое строение; 4) жеоды -- пустоты в горной породе, частично заполненные минеральным веществом; 5) секреции -- выполненные минеральным веществом пустоты; 6) оолиты -- образования шаровидной и эллипсоидальной формы, имеющие концентрически-скорлуповатое и иногда радиально-лучистое строение; характеризуются наличием в центре минеральных обломков, органических остатков или пузырь­ков газа; часто встречаются в известняках, железных рудах, бок­ситах, кремнистых породах; 7) дендриты -- древовидные образования, состоящие из отдельных сросшихся друг с другом кристаллов ветвеобразной формы, возникающие вследствие быстрой кристаллизации минералов; 8) натечные формы -- образуются в результате выделения минерального вещества из растворов -- это сталактиты, сталагмиты, почковидные агрегаты и др.

Форма кристаллов может быть самой различной: октаэдр (восьмигранник^, додекаэдр (двенадцатигранник), трех-, четырех-и шестигранные призмы и пирамиды.

Понятие о горных породах

Горными породами называются плотные или рыхлые агрегаты, слагающие земную кору и состоящие из однородных или различных минералов и обломков других пород. Наука, занимающаяся изучением минералогического и химического составов горных пород, их строения и условий залегания, называется петрографией.

Горные породы образуются в результате геологических процессов, происходящих в недрах земной коры или на ее поверхности. В зависимости от происхождения они могут быть магматическими, осадочными и метаморфическими.

Наряду с другими признаками горные породы характеризуются структурой и текстурой.

Структура -- это особенности строения породы, обусловленные размерами, формой и характером срастания минералов, слагающих ее, а также степенью кристалличности ее вещества.

Различают несколько основных типов структур магматических пород.

Полнокристаллическая структура характерна для пород, со­стоящих из кристаллических зерен минералов. По размерам зерен различают структуры: крупнозернистую (свыше 5 мм), среднезернистую (5--1 мм) и мелкозернистую (менее 1 мм).

При скрытокристаллической (афанитовой) структуре зерна минералов настолько малы, что едва различимы в микроскоп.

Породы, имеющие стекловатую структуру, состоят из нераскристаллизовавшейся, аморфной массы.

При порфировой структуре в аморфной, стекловатой массе выделяются отдельные кристаллы, называемые вкрапленниками.

Под текстурой (сложением) понимают расположение и распределение относительно друг друга составных частей породы в занимаемом ими пространстве. Различают несколько типов текстур.

Массивную, или беспорядочную, текстуру имеют породы, у которых нет какой-либо закономерности в расположении породообразующих минералов.

Слоистая текстура бывает у осадочных пород, состоящих из тонких слоев с разным составом, структурой, цветом, размерами и т. п.

Сланцеватой текстурой характеризуются породы, расслоенные на тонкие пластины, расположенные в одном направлении.

Миндалекаменная текстура характерна для пород, содержащих миндалины, состав вещества которых резко отличен от состава вмещающей породы.

У пород, имеющих флюидальную (текучую) текстуру, кристаллы минералов расположены в направлении потока лавы.

Пористую текстуру имеют породы, пронизанные видимыми на глаз порами, обусловленными газом, выделившимся при застывании магмы.

свойства минералов

К основным физическим свойствам минералов относят кристаллическую форму, цвет в образце и цвет тонкого порошка (черты), побежалость, прозрачность, блеск, твердость, спайность, излом, плотность и др. На основании этих свойств можно определить большинство минералов, не прибегая к химическому анализу.

Кристаллическая форма является, пожалуй, самым точным внешним признаком для определения минералов. Однако в природе минералы встречаются главным образом в виде зерен неправильной формы, не имеющих четко выраженных кристаллических граней, и установить их кристаллическую форму невооруженным глазом очень трудно. Для этой цели применяются оптические методы исследования шлифов.

Иногда минералы образуют кристаллические формы, несвойственные им. Это обусловлено замещением ранее существовавших минералов с сохранением их внешней формы. Такое явление называется псевдоморфизмом. Например, встречающиеся в природе кубы лимонита, никогда не образующего кристаллы, представляют псевдоморфозу по пириту, кристаллы которого имеют форму куба.

Цвет минералов -- важный признак для их характеристики и диагностики. Различают цвет минерала в образце и цвет тонкого порошка -- черты. Цвет минералов может быть обусловлен внутренними их свойствами, незначительными изоморфными примесями и включениями посторонних минералов, различными световыми эффектами (преимущественно с явлениями интерференции). Поэтому цвет одного и того же минерала может иметь различные оттенки.

Цвет черты -- цвет тонкого порошка минерала, который образуется, если минералом провести черту на неглазурованной поверхности фарфоровой пластинки. Цвет черты может отличаться от цвета образца.

Побежалость -- окраска минералов, связанная с появлением на них тончайшей пленочки других минералов. Чаще побежалость бывает радужной, переливающейся различными цветами, напоминающими окраску тонких пленок нефти, иногда одноцветной.

Блеск минералов обусловлен их способностью отражать свет и зависит в основном от показателя преломления света. Различают блеск металлический и полуметаллический для непрозрачных минералов, стеклянный, алмазный, перламутровый, смолистый, восковой и др.

Твердость минераллов -- сопротивление механическому воздействию другого, более прочного тела. Точное определение твердости минерала производится специальными приборами -- микротвердомерами. Приближенно она оценивается по эталонным минералам шкалы Мооса, которую составляют 10 минералов в порядке увеличения твердости на единицу: 1 -- тальк, 2 -- гипс, 3 -- кальцит, 4 -- флюорит, 5 -- апатит, 6 -- ортоклаз, 7 -- кварц, 8 -- топаз, 9 -- корунд, 10 -- алмаз.

Если один из минералов царапает другой, то он считается более твердым. Для определения твердости какого-либо минерала его сравнивают с парой смежных эталонных минералов.

Спайность минералов -- свойство кристаллов колоться по плоскостям, параллельным действительным и возможным граням. Эти плоскости называются плоскостями спайности. Явление спайности объясняется особенностями внутреннего строения кристаллов. Различают несколько степеней спайности. При весьма совершенной спайности минерал легко расщепляется пальцами на отдельные пластинки (слюда, гипс). Совершенная спайность проявляется в том, что при ударе молотком минерал раскалывается по ровным плоскостям (кальцит). Для средней степени спайности характерно образование при раскалывании минерала ступенчатых поверхностей с параллельными ступеньками (полевой шпат). При несовершенной спайности на обломках расколотого минерала лишь изредка можно обнаружить остатки плоскостей (берилл). У минералов с весьма несовершенной спайностью на изломе практически нельзя обнаружить ровных, параллельных друг другу поверхностей (кварц).

Излом -- это форма поверхности раскола, на которой нельзя обнаружить элементов спайности. Различают формы излома: раковистый, напоминающий волнистую поверхность раковины (сера); занозистый, напоминающий неструганую доску /роговая обманка); землистый, имеющий матовую поверхность, как бы покрытую мелкой пылью (мел, лимонит); зернистый, характерный для минералов с зернистым строением (мрамор, антрацит).

Относительная плотность минералов изменяется от долей единицы (газы, нефть, лед) до 23 (осмистый иридий). В соответствии с этим различают минералы легкие с относительной плотностью до 2,5; средние -- 2,5--4 и тяжелые -- свыше 4.

Наряду с перечисленными общими для всех минералов свойствами ряд минералов обладает характерными только для них физическими свойствами, являющимися иногда их основными диагностическими признаками. К таким свойствам следует отнести прозрачность минералов, их ковкость, плавкость, магнитные свойства, реакции с кислотами и т. п.

2. Классификация метаморфических пород и их характеристика

Классификация метаморфических пород основана на структурных признаках и минеральном составе. Среди них выделяют породы: массивные (зернистые) - кварцит, мрамор; сланцеватые - гнейс и кристаллические сланцы различного минерального состава.

По генетическим признакам метаморфические горные породы подразделяются на регионально-метаморфические, контактово-метаморфические и тектониты.

По петрографическим признакам (минеральному составу, строению, сложению) различают петрографические группы метаморфических пород: метаморфические сланцы, кристаллические сланцы, гнейсы, мигматиты.

Связь между петрографическими признаками и генетическими типами: при региональном метаморфизме образуются кристаллические сланцы, гнейсы и другие; при контактовом - скарны, роговики.

В соответствии с видами метаморфизма в генетической классификации горных пород выделяют группы метаморфических пород регионального, контактового и динамометаморфизма.

Различия пород определяются петрографическим составом материнской породы и степенью метаморфических изменений. Степень метаморфизма определяется глубинностью условий образования.

В верхней зоне метаморфизма распространены тонкозернистые с совершенной сланцеватостью породы: филлиты, серицитовые, серицитово-хлоритовые, тальковые и тальково-хлоритовые сланцы, а также породы, не обладающие сланцеватостью - зелёно-каменные, тальковые и хлоритовые породы.

Физико-механические свойства метаморфических горных пород во многом очень близки к магматическим, что обусловлено наличием у них жестких, преимущественно кристаллизационных связей. Метаморфические породы практически водонепроницаемы и за исключением карбонатно-доло-митовых разностей не растворяются в воде. Для большинства метаморфических пород характерна анизотропность свойств, обусловленная их слоистостью, сланцеватостью. Сланцеватостью определяется и значительная выветриваемость этих пород, а также пониженная устойчивость на природных склонах и в бортах искусственных выработок. Многие метаморфические породы образуют тонкоплитчатые или листоватые весьма подвижные осыпи. Особенно ярко это проявляется у слабометаморфизованных пород, например, у глинистых сланцев.

К породам, которые подверглись воздействию глубокого регионального метаморфизма и имеют наибольшее распространение, относятся гнейсы, кварциты, кристаллические сланцы. Несколько реже встречаются мраморы и мраморизованные известняки, обычно они приурочены к областям древней докембрийской складчатости, где слагают массивы больших размеров.

При выветривании физико-механические свойства гнейсов изменяются особенно сильно. Наибольшей стойкостью обладают кварцевые гнейсы; полевошпатовые и биотитовые гнейсы выветриваются значительно интенсивнее. Наиболее прочными и устойчивыми метаморфическими породами к процессам выветривания являются кварциты. Обычно они слагают отдельные массивы мощностью до 100м и более или залегают в виде прослоев различной мощности в толще таких же высокометаморфизованных сланцев. Самое большое разнообразие физико-механических свойств наблюдается у кристаллических сланцев. От массивных метаморфических пород их отличает слоистость, сланцеватость, кливаж. Эти особенности вызывают резкую анизотропность их свойств, позволяющую раскалываться на тонкие, часто листоватые плитки. Сланцеватость и кливаж сланцев, особенно хлорит-серицитовых и глинистых, способствуют соскальзыванию и оползанию.

Своеобразную группу метаморфических пород образуют так называемые «зеленые» сланцы - хлоритовые, хлорит-серицитовые, тальк-хлоритовые. Они сравнительно устойчивы к воздействию химического выветривания, нелегко разрушаются при периодическом промерзании и оттаивании. По прочности они уступают вышеописанным сланцам. Наименее устойчивы к выветриванию глинистые сланцы. В воздушно-сухом состоянии они обладают значительной прочностью, но при водонасыщении довольно часто разваливаются. Эти породы хорошо противостоят химическому выветриванию, но при резком колебании температур (замерзание, оттаивание) легко разрушаются, образуя при этом на склонах подвижные, труднопроходимые осыпи. Насыщение этих осыпей водой после сильных ливней приводят к формированию в горных районах селевых потоков.

Карбонатные метаморфические породы могут образовываться как при региональном, так и при контактовом метаморфизме, главным здесь является наличие среди факторов метаморфизма значительных температур и давлений. Наиболее характерной породой этой группы является мрамор - перекристаллизованный известняк, структура и текстура которых диктуют физические и механические их свойства. Отличительной чертой мраморов среди метаморфических пород является их, хотя и слабая, но растворимость в воде, которая содержит углекислоту. Это определяет значительно меньшую закарстованность мраморных массивов, чем в толщах, сложенных известняками и доломитами. Мрамор довольно устойчив к выветриванию, сохраняет крутые, вплоть до «отвесных» природные склоны.

Наиболее распространенной породой, образующейся при термальном контактовом метаморфизме, являются роговики. Для них характерна полная перекристаллизация исходного материала. Обычно это темные плотные породы, имеющие мелкозернистую структуру. Чаще других встречаются кварц-биотит-полевошпатового состава породы, образовавшиеся по пелитовому материалу. Все роговики устойчивы к выветриванию. Необходимо заметить, что на сложенных ими природных склонах формируются обвалы, курумы, крупнощебенистые осыпи.

Тектониты - породы, которые обычно не относят к кластическим метаморфическим, являются в то же время типичными представителямикатакластического метаморфизма и включают в себя брекчии трения, катаклазиты, милониты. Это раздробленные, иногда перетертые породы различной степени цементации.

Брекчии трения состоят из различной величины обломков пород, как правило, необработанных, сцементированных тонкораздробленной массой тех же пород.

Катаклазиты отличаются от брекчий трения меньшим размером обломков. Они характеризуют начальные стадии изменения пород. Катаклазиты сохраняют во многом черты исходного материала, поэтому соответственно и различают катаклазиты гранитов, катаклазиты габбро и др. В целом эти породы еще сохраняют достаточно высокую прочность на раздавливание.

Милониты характеризуются резко выраженной рассланцованностью, по существу это микробрекчии (составные части милонитов распознаются только под микроскопом) грубо- или тонкополосчатой текстуры. Все тектониты в условиях естественного залегания имеют достаточно высокую плотность. Катаклазированные породы интенсивно выветриваются, относительно легко размываются, поставляя материал, формирующий осыпи и способствующий развитию других склоновых процессов.

Характеристика метаморфических горных пород

Породы регионального метаморфизма. К породам регионального метаморфизма относятся мрамор, кварцит, глинистые сланцы, филлиты, кристаллические сланцы и гнейсы.

Кварциты . Порода называется так потому, что состоит в основном из кварца. Образуются кварциты из кварцевых песчаников. Цвет белесый, серый, розовый. Структура полнокристаллическая, мелкозернистая, текстура компактовая, однородная или полосчатая. Имеют раковистый излом. Отличаются высокой твердостью и сопротивляемостью выветриванию. Кварциты используются как сырье для производства огнеупорного кирпича-динаса, как облицовочный материал. Железистые кварциты (содержат магнетит и гематит) являются первоклассной железной рудой.

Мрамор , так же как и кварцит, является мономинеральной горной породой, состоящей в основном из кальцита. Образуется при метаморфизме известняков и мелов. Цвет их белый, голубой, розовый. Метаморфизм мергелей приводит к образованию цветных, полосчатых, пятнистых мраморов.

При перекристаллизации доломитов образуются доломитовые мраморы. Цвет их обычно желтый Структура у мраморов полнокристаллическая, мелко-, средне- и крупнозернистая, текстура компактовая. Бурно реагируют с разбавленной Н СL в куске, а доломитовые мраморы - только в порошке. Имеет небольшую твердость. Легко выветривается, особенно при воздействии воды и растворенных в ней хлора, углекислоты или серного ангидрида. Используются как облицовочный, статуарный и электроизоляционный материал.

Глинистые сланцы представляют собой слабо метаморфизированные глинистые породы. В их состав входят зернышки кварца, глинистые минералы, чешуйки серицита, хлорита, иногда кристаллы пирита и др. Глинистые сланцы тверды, не размокают в воде, имеют сланцеватую текстуру. Способны раскалываться на тонкие ровные плитки и пластинки с матовой поверхностью. Окраска очень разнообразна: зеленая, серая, бурая до черной. Практического применения не имеют.

Филлиты образуются в результате более глубоких преобразований глинистых сланцев при повышении давления и температуры. Состоят из кварца, биотита, полевых шпатов, серицита, хлорита и других минералов. Породы микрозернистые, полнокристаллические с тонкосланцеватой текстурой. Цвет их различный: зеленоватый, серый, черный. Блеск шелковистый.

Разновидностью филлитов являются кровельные сланцы - плотные, вязкие породы, хорошо раскалывающиеся на тонкие и ровные плиты. Используются как местный кровельный материал.

Кристаллические сланцы - еще более глубоко метаморфизированные сланцеватые породы, состоящие из мусковита, биотита, кварца, гранатов, графита, хлорита и других минералов. В зависимости от исходного состава глин и условий преобразования (температуры, давления) они могут называться слюдяными (мусковитовые, биотитовые, двуслюдяные), гранато-слюдяными, хлоритовыми, хлорито-слюдяными и т.д. Цвет их обусловлен окраской наиболее распространенных минералов, но иногда связан я с наличием таких примесей, как графит и гематит.

Сланцы имеют полнокристаллическую структуру, ярко выраженную сланцеватую или плойчатую (гофрированная) текстуру и шелковистый блеск. Наиболее широко распространены в земной коре слюдяные сланцы. Дистеновые сланцы служат сырьем в керамической промышленности для изготовления огнеупорных и кислотоупорных изделий.

Гнейсы - глубоко метаморфизированные породы, образующиеся из осадочных (парагнейсы) или магматических горных пород (ортогнейсы). В их состав входит кварц, полевые шпаты, слюды, авгит, роговая обманка, гранаты и др. минералы. Структура гнейсов полнокристаллическая с различной величиной зерен, текстура сланцеватая или ленточная, иногда массивная и очковая. Гнейсы по прочности уступают гранитам, легко выветриваются, превращаясь в грубоплитчатый щебень или в дресву. Используются как облицовочный материал (хорошо полируются), бутовый камень, щебень.

3. Что такое антиклиналь, синклиналь, синклинорий, антиклинорий, горст, грабен?

Это тектонические элементы земной коры

Антиклиналь -выпуклая складка в которой в центральной части залегают более древние породы(лод)

Синклиналь-вогнутая складка, в центральной части залегают более молодые породы (мульда).

Синклинорий(от греч. synrlнnх - наклоняюсь и ьros-гора )- крупная сложная тектоническая структура в горных областях в целом вогнутой формы, состоит из чередующихся синклинальных и антиклинальных складок. Для синклинориев характерны большие мощности вулканогенных и осадочных толщ, накапливавшихся без длительных перерывов. Это были участки стабильного опускания и на стадии прогиба; такую же вогнутую (отрицательную) форму они имеют и структуре горного сооружения.

Антиклинорий- крупная сложная тектоническая структура в горных областях в целом выпуклой формы (поднятие земной коры). Антиклинории расположены между синклинориями, границы с которыми часто являются зонами тектонических разломов. Для них и на стадии формирования прогиба характерны положительные движения, что приводило к накоплению отложений меньшей мощности, распространению грубообломочных (более мелководных) пород. Антиклинории, как и синклинории, состоят из большого числа чередующихся антиклиналей и синклиналей разных размеров

Грабены - система уступов сбросов центр опущен по отношению к перифирии

Горст-центр поднят по отношению к перефирии.

4. Методы исследования минералов, пород и руд

Минераграфия - наука, занимающаяся изучением минерального состава руд. Она зародилась в 60-х годах 18 столетия. При развитии метода микроскопического исследования руд в отраженном свете многие приемы были заимствованы из металлографии (изучение металлов и их сплавов).

Рудные минералы - специфическая группа минералов, отличающаяся свойствами, прежде всего от породообразующих минералов. Это, как правило, непрозрачные минералы, тесно сросшиеся друг с другом мелкозернистые агрегаты. Рудными минералами называют иногда все минералы, образующие месторождения.

Руды - это такие горные породы и минералы, добыча которых является экономически выгодной. Обычно рудой называют полезные ископаемые, содержащие металлы, а строительные камни, абразивы, глины, огнеупоры, наполнители и минеральные соли классифицируют как промышленные горные породы и минералы или как минеральное сырье.

В курсе «Рудная минераграфия» к рудным минералам относят такие природные соединения, которые содержат в своем составе металлы и характеризуются определенными физическими свойствами, позволяющими изучать их в отраженном свете на минерагафических (рудных) микроскопах. Рудные минералы широко распространены в горных породах, но в количествах, достаточных для промышленной оценки и добычи, они концентрируются лишь в исключительных случаях.

Для изучения минерального состава руд используются специальные препараты типа шлифа или аншлифа, изготавливаемые из кусочков пород и руд. Для петрографических исследований применяют поляризационные микроскопы проходящего света. Для изучения руд используются микроскопы отраженного света. Петрографический микроскоп позволяет изучать только оптические свойства минералов и исключает соприкосновение с исследуемым объектом, а минераграфические микроскопы позволяют, как изучать оптические свойства, так и воздействовать на минералы разными способами. Широко используются также стереоскопические микроскопы, особенно для изучения крупных образцов.

Определение рудных минералов является первым и наиболее важным этапом исследования руд. Определение слагающих руду минералов необходимо на всех стадиях изучения месторождений. Комплексные геолого-минералогические исследования систематически проводятся и в процессе разведки месторождения, причем минералогическое картирование и опробование должны сопутствовать геологическому картированию и разведочному опробованию на всех стадиях разведочных работ.

На поисковой стадии работ геологу необходимо знать полный комплекс минералов, присутствующих в породах исследуемого участка, выяснить, какие из них могут быть полезным ископаемым. Решается вопрос о возможности извлечения минералов из пород. На данной стадии работ первостепенную роль играет химический анализ, но он не может заменить минералогических исследований. Минераграфия позволяет определять не только минералы, но и мельчайшие включения в минералах и изучать закономерности их распределения. Только зная количество включений примесей в минерале можно точно определить его состав и рассчитать формулу. Минераграфический метод важен также для изучения парагенетических минеральных ассоциаций, структур и текстур руд, на основе которых вырабатывается концепция правильного понимания процессов рудообразования. В совокупности с геологическими и петрографическими исследованиями эти сведения позволяют установить генетический тип месторождения и тем самым более правильно подойти к его оценке и выбору наиболее эффективного метода разведки и разработки.

На стадии разведки месторождения микроскопическое изучение руды необходимо для правильного подсчета запасов и выбора технологии обогащения. При выборе метода переработки руд технолог должен знать минеральный состав руды, размеры зерен минералов и характер их срастания. Эти данные позволяют установить требуемую крупность измельчения и облегчают выбор методов обогащения руды. Основные методы обогащения основаны на использовании таких физических свойств минералов, как удельный вес (гравитационный), магнитность (магнитная сепарация), смачивающая способность поверхности (флотационный) и др. Поэтому необходимо знать основные физические свойства минералов.

На эксплуатационной стадии разведки месторождения в процессе обогащения руды микроскопический метод необходим при изучении промежуточных продуктов обогащения для контроля процесса обогащения и его оптимизации, а также состава отходов обогатительного производства. Методы наблюдения и измерения оптических свойств минералов в отраженном свете с успехом применяются при изучении качества углей, в процессе исследования состава, строения и степени метаморфизма каменного угля.

Источники

1. https://www.sinref.ru/.

2. https://studopedia.ru/.

3. https://studfile.net/.

4. https://poisk-ru.ru/.

5. https://injzashita.com/.

Размещено на Allbest.ru