close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Kislizin Porodoobraz miner

код для вставкиСкачать
Л. В. КИСЛИЦЫН, М. Б. ЗАВОДЧИКОВА
ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ МИНЕРАЛЫ
И ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
Министерство образования и науки
Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
Л. В. КИСЛИЦЫН, М. Б. ЗАВОДЧИКОВА
ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ МИНЕРАЛЫ
И ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
Учебно-методическое пособие
Санкт-Петербург
2017
УДК 624.131.1
Рецензент: канд. техн. наук, доцент А. М. Симановский (СПбГАСУ)
Кислицын, Л. В.
Породообразующие минералы и горные породы : учеб.-метод.
пособие / Л. В. Кислицын, М. Б. Заводчикова; СПбГАСУ. – СПб.,
2017. – 51 с.
Представлена методика выполнения лабораторных работ по визуальному определению породообразующих минералов магматических,
осадочных и метаморфических горных пород в рамках курса «Геология».
Сформулированы задания и контрольные вопросы, указаны формы
отчетности.
Предназначено для студентов направления подготовки 08.03.01
«Строительство» всех форм обучения.
Табл. 15. Библиогр.: 6 назв.
Рекомендовано Учебно-методическим советом СПбГАСУ в качестве
учебного пособия.
© Л. В. Кислицын, М. Б. Заводчикова, 2017
© Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет, 2017
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее пособие включено пять работ:
• лабораторная работа № 1 «Породообразующие минералы
и их физические свойства»;
• лабораторная работа № 2 «Магматические горные породы»;
• лабораторная работа № 3 «Осадочные обломочные и глинистые горные породы»;
• лабораторная работа № 4 «Осадочные химические и биохимические горные породы»;
• лабораторная работа № 5 «Метаморфические горные
породы».
Все работы составлены в соответствии с государственным образовательным стандартом для студентов, обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 «Строительство». В работах
кратко изложены основные теоретические положения по изучаемому вопросу, даны указания относительно последовательности
выполнения и оформления отчетности. В конце каждой работы
приведены вопросы для самопроверки, способствующие систематизации знаний и активизации мышления студентов.
При выполнении лабораторных работ предусмотрены варианты, а по некоторым темам – индивидуальные задания, что должно способствовать повышению активности и самостоятельности
студентов.
При выполнении лабораторных работ по данной дисциплине
студенты несут ответственность за строгое соблюдение правил
техники безопасности:
• рабочее место необходимо содержать в чистоте и привести
в порядок по окончании работы;
• с режущими инструментами, стеклянным оборудованием
и образцами горных пород следует обращаться осторожно.
3
Породообразующие минералы и их физические свойства
Цель работы – определение названий минералов по их физическим свойствам методом визуального изучения.
Минералы – это природные соединения, приблизительно однородные по химическому составу и физическим свойствам, образующиеся в результате геологических процессов в земной коре
или на ее поверхности.
Земная кора (внешняя твердая оболочка Земли) сложена веществом с различным химическим составом и физическими свойствами. В ней обнаружено около 3000 различных минералов, однако очень немногие из них массово распространены в природе
и образуют горные породы, объединяясь друг с другом. Породообразующими называются лишь 50–70 из всех известных минералов. В курсе геологии изучаются только главнейшие породообразующие минералы.
Почти все минералы имеют кристаллическое строение. Природные кристаллы бывают от микроскопических до весьма крупных (вплоть до нескольких метров) размеров. Главный признак
кристаллических веществ – строго определенное расположение
слагающих их атомов и ионов, образующих пространственные
кристаллические решетки. Для кристаллов характерны однородность, анизотропность (различие физико-механических свойств
в различных направлениях) и способность самоограняться, отчетливо проявляющаяся при свободном росте кристаллов и обусловливающая приобретение ими форм правильных многогранников.
При массовой кристаллизации (например, при застывании магмы)
рост соседних кристаллов затрудняет образование правильных
многогранников и в форме кристаллов прослеживаются лишь отдельные элементы самоогранки.
В настоящее время в кристаллографии для диагностики используют химический, кристаллооптический, термический, рентгеноструктурный и иные виды анализа.
Минералы также можно определять визуальным методом, основанным на выявлении их внешних признаков и некоторых диагностических свойств: морфологических (форма и характер
срастания), механических (твердость, спайность, излом), физических (блеск, прозрачность, цвет) и химических (реакция с соляной кислотой, растворимость и др.).
Формы минеральных зерен позволяют определять названия
минералов, и, следовательно, их состав. Выделяются следующие
формы кристаллических зерен минералов:
1) изометрические – одинаково развитые по всем трем направлениям (кальцит, пирит);
2) удлиненные в одном направлении – игольчатые, столбчатые,
призматические (роговая обманка, асбест);
3) вытянутые в двух направлениях – таблитчатые, пластинчатые, листоватые (слюды, глинистые минералы).
Отдельные внешние свойства разных минералов могут быть
одинаковыми, и наоборот, какое-либо свойство одного минерала (например, цвет) может изменяться в зависимости от содержащихся
примесей, поэтому при определении минерала лучше установить
возможно большее число его внешних свойств. Однако в отдельных случаях минерал удается определить по одному свойству, характерному только для него: так, например, лабрадор иризирует
(демонстрирует радужное цветовое сияние при ярком освещении
на ровном сколе, особенно после полировки), магнетит действует на магнитную стрелку, исландский шпат (прозрачная разновидность кальцита) обладает двойным лучепреломлением и т. д.
Формой кристалла называют совокупность всех его граней.
Различают простые и сложные формы.
Простые формы – это многогранники с одинаковыми симметрично расположенными гранями. Простые формы могут быть
4
5
Лабораторная работа № 1
ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ МИНЕРАЛЫ
И ИХ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Лабораторная работа № 1
Породообразующие минералы и их физические свойства
закрытыми и открытыми. Открытые формы, не замыкающие
пространство со всех сторон, представлены призмами и пирамидами, называемыми по форме поперечного сечения (тригональными, тетрагональными, ромбическими, гексагональными и т. д.).
К закрытым простым формам относятся: дипирамида (многогранник из двух одинаковых пирамид, сложенных основаниями), ромбоэдр (куб, деформированный по диагональной оси), тетраэдр (четыре непараллельные грани в форме равностороннего
треугольника), куб (гексаэдр), октаэдр (восемь граней в виде равносторонних треугольников), скаленоэдр (все грани – равносторонние треугольники) и трапецоэдр (все грани в форме трапеций). Два последних многогранника сходны с дипирамидой, но
их боковые ребра не параллельны между собой.
Сложные формы (комбинации) – это многогранники, состоящие из нескольких простых форм.
Понятие о формах кристаллических многогранников необходимо при изучении структур минералов.
Одним из важнейших классификационных признаков является характер срастания кристаллов – виды сростков кристаллов,
возникающих в естественных условиях образования минералов:
• одиночный кристалл – геометрически правильный многогранник, формирующийся в условиях медленной кристаллизации и свободного роста в пространстве; распространены одиночные кристаллы горного хрусталя, гипса, граната, некоторых редких минералов;
• двойник – два кристалла, сросшиеся по определенному направлению, например двойник гипса (так называемый ласточкин
хвост);
• друза (щетка) – семейство кристаллов, сросшихся основаниями; в природе встречаются крупные друзы кварца, кальцита,
пирита;
• конкреция – сферический сросток кристаллов в виде радиально расположенных лучей; конкреции характерны для марказита, гипса;
• жеода – скопление кристаллов на стенках пустот в горных
породах; рост кристаллов происходит от стенок к центру пустот;
• оолит – минеральное скопление в виде горошин концентрически-скорлуповатого строения, образующихся из карбонатных и железистых соединений; встречаются оолитовые известняки, бобовые железные руды;
• агрегат – совокупность компактно сросшихся зерен кристаллов, форма которых, свойственная данному минеральному
веществу, не всегда хорошо выражена; это наиболее распространенная форма выделения минералов в природе.
Цвет (окраска) минерала зависит от его химического состава,
строения кристаллической решетки и наличия примесей. Если альбит (белый натриевый полевой шпат) всегда белый, то кварц может
быть прозрачным и бесцветным (горный хрусталь), черным (морион), фиолетовым (аметист) или иметь иную окраску. Некоторые
минералы (например, кремень) могут быть пестро­окрашенными.
Цвет черты минерала выявляет цвет его порошка. Черта – это
след, оставленный минералом на матовой фарфоровой пластинке. Черту дают только мягкие и средней твердости минералы.
По сравнению с окраской минерала цвет черты – более устойчивый признак. Он может совпадать с окраской (магнетит, графит)
или же отличаться от нее (например, желтый пирит оставляет зеленовато-черную черту).
Блеск минерала зависит от его способности отражать свет, т. е. от
показателя преломления и типа кристаллических агрегатов, слагающих минерал. Показатель преломления определяется по формуле
6
7
n = l/v,
где l – скорость света в воздухе; v – скорость света в минерале.
По характеру блеска минералы разделяют на два основных вида:
1) металлическим блеском обычно обладают непрозрачные
минералы, дающие черную черту на фарфоровой пластинке;
2) неметаллический блеск характерен для прозрачных и полупрозрачных минералов.
Выделяют следующие разновидности неметаллических блесков минералов:
• стеклянный, широко распространенный среди прозрачных
минералов (кварц на гранях кристаллов, кальцит, гипс);
Лабораторная работа № 1
Породообразующие минералы и их физические свойства
• жирный, напоминающий блеск смазанной маслом поверхности (нефелин, кварц на изломе);
• перламутровый, обусловленный отражением света от внутренних плоскостей спайности (мусковит, гипс);
• шелковистый, напоминающий блеск шелковых нитей, характерный для игольчатых минералов (асбест, селенит).
Матовый облик имеют минералы с неровной и землистой поверхностью.
Твердость минерала (способность противостоять внешнему механическому воздействию) чаще определяется путем царапания. Оценка минералов по твердости производится по шкале
Мооса или по условной шкале твердости (табл. 1).
Спайность минерала отражает его способность раскалываться по параллельным плоскостям спайности. Чем ярче выражено
это свойство, тем совершеннее спайность. Весьма совершенная
спайность у слюд, у некоторых минералов спайность отсутствует.
В тех случаях, когда плоскостей спайности обнаружить не удается, говорят об изломе.
Излом – это внешний вид поверхности, образующейся при
раскалывании минерала. Различают следующие виды изломов:
• раковистый – гладкая вогнутая или выпуклая поверхность с концентрической ребристостью (кварц, халцедон, опал
и др.);
• занозистый – напоминает поверхность древесины поперек
волокна (селенит, асбест, роговая обманка);
• крючковатый – с крючковатыми неровностями на поверхности раскола (медь, серебро, золото, платина);
• ступенчатый – излом частично по спайности, частично
под углом к ней (кальцит, полевые шпаты);
• зернистый – четко видны отдельные зерна (апатит, гематит);
• землистый – с шероховатой поверхностью (каолинит).
Среди других диагностических внешних свойств минералов
следует выделить:
• способность реагировать с соляной кислотой (HCl) –важнейший диагностический признак минералов группы карбонатов;
• вкус (имеется у растворимых в воде минералов);
• запах.
Минералы отражают определенные физико-химические и термодинамические условия той части земной коры, где они об­
разовались.
Магматические (первичные) минералы сформировались при
кристаллизации магмы – огненно-жидкого насыщенного газами
силикатного расплава.
Экзогенные минералы образуются при разрушении первичных минералов, оказавшихся в зоне воздействия внешних сил
Земли. Некоторая часть вещества разрушенных первичных минералов переходит в состав глинистых минералов, формирующихся на месте их разрушения, другая часть переходит в раствор, уносится вместе с водой и в дальнейшем, выпадая в осадок,
также формирует экзогенные минералы. Некоторые экзогенные
минералы образуются при участии растительных и животных
8
9
Таблица 1
Твердость минералов
ОтносительЭталонный
ная твердость
минерал
по шкале Мооса
1
Тальк
2
Гипс
3
Кальцит
4
Флюорит
5
Апатит
6
Ортоклаз
7
Кварц
8
Топаз
9
Корунд
10
Алмаз
Приближенная
твердость
До 2
Признак
Мягкие: царапаются
ногтем
От 3 до 5 Средние: не оставляют царапин на стекле и не царапаются ногтем
Больше 5 Твердые: не царапаются
стальным ножом
Больше 7 Режут стекло
Галогены
0,5
Самородные элементы
0,1
Прочие
3,3
Для определения названий породообразующих минералов используют таблицу-определитель внешних признаков (табл. 3).
Форма отчета по лабораторной работе: необходимо дать
описание восьми образцов (см. пример в табл. 4).
10
Ровный, ступенчатый
Амфиболы
(роговая обманка)
Часто образует радиально-лучистые
сростки
Занозистый
Плагиоклаз
Полевые
шпаты (ортоклаз)
Плоскости спайности пересекаются
почти под прямым
углом
Плоскости спайности пересекаются
под косым углом
Ступенчатый
(прямоугольные сколы)
Раковистый
Раковистый
Сростки кристаллов, Кварц
зернистые массы
Раковистый
Особые признаки
Излом
Кристаллов не обХалцедон
разует. Скрытокристаллическая разновидность кварца
Аморфный
Опал
11
5,5–6
0,5
6–6,5
Сульфаты
6–6,5
0,7
Жирный, Белый, желтый,
Нет
тусклый серый, бурый, синий.
Просвечивает
Стеклян- Белый, розовый,
Совершенный
кремовый, красный ная в двух
направлениях
Стеклян- Темно-серый,
Совершенный, пер- почти черный
ная в двух
ламутронаправлевый
ниях
Шелкови- Зеленый, черный Совершенстый
ная в одном
направлении
Фосфаты и их аналоги
5–5,5
1,2
Мутножирный
Сульфиды и их аналоги
6,5
1,7
Бесцветный, белый, Несоверрозовый, дымчашенная
тый, черный
Светло-серый, го- Несоверлубоватый.
шенная
Просвечивает
Карбонаты
Жирный
17
7
Окислы, гидроокислы
Спайность
75
Цвет (окраска)
Силикаты, алюмосиликаты
Блеск
Доля в общей массе
земной коры, %
Классы минералов
Твердость
по шкале
Мооса
Таблица 2
Классификация минералов и их содержание в земной коре
Внешние признаки породообразующих минералов
организмов. В результате геологического развития территории экзогенные минералы могут оказаться в недрах Земли, где
под действием высоких давлений и температур, взаимодействуя
с вмещающим веществом земной коры, дают начало метаморфическим минералам.
В условиях земной поверхности наиболее устойчивы глинистые минералы и обломки некоторых минералов магматического
происхождения (кварца, полевых шпатов, слюд и др.).
Поскольку минералы являются химическими соединениями
и один и тот же минерал может быть образован несколькими путями (кварц, например, бывает эндогенного, экзогенного и метаморфического происхождения), то классификация минералов
основывается на учете их химического состава (табл. 2).
Название
Породообразующие минералы и их физические свойства
Таблица 3
Лабораторная работа № 1
12
Спайность
Разноцветный, чаще Флюорит
прозрачный
Стеклянный
Стеклянный, перламутровый, шелковистый
Перламу- Бесцветный, с раз- Весьма со- Расщепляется Способность расщетровый
личными оттенвершенная на тонкие пла- пляться на тонкие
ками
в одном на- стинки
пластинки
правлении
13
2–3
1,5–2
Вскипает c HCl (в
порошке и при нагревании)
Ровный, зерни- Вскипает c HCl.
стый
У прозрачного –
двойное лучепреломление
Ровный, зерни- Кристаллы –таблитстый
чатые, столбчатые;
агрегаты – зернистые
Белый, серо-голу- Совершен- Зернистый
Отличается от гипса
бой, красноватый ная, средняя
большей твердостью
Бесцветный, белый, Весьма со- Ровный, зерни- Царапается ногтем
желтый
вершенная стый, занозив одном на- стый
правлении
Неровный
Слюды (мусковит)
Гипс
Ангидрит
Барит
Кальцит
Доломит
Раковистый,
Зеленоватые оттенки Серпентин
занозистый (у
(асбест)
асбеста)
Ровный
Раковистый,
Пестрый, сахаровид- Апатит
сахаровидный, ный
зернистый
3–3,5
3–3,5
3
Пироксены
(авгит)
Название
Чаще в зернистых
Оливин
массах, крупных кристаллов не образует
Кристаллы в форме Пирит
кубов, часто со
штриховкой
Плоско-ракови- Отсутствует спайНефелин
стый
ность
Неровный,
часто раковистый
Неровный
Совершенная в трех
направлениях
Стеклян- Бесцветный, белый, Совершенный
розовый, серый
ная в трех
направлениях
Стеклян- Бесцветный, белый, Совершенный
серый, бурый
ная
Несовершенная
Особые признаки
Неровный, ра- Кристаллы в виде
ковистый
столбиков
Излом
3,5–4
4
5
Жирный, Светло- или темвосковой, но-зеленый, пятнишелкови- стый
стый (у асбеста)
Стеклян- Белый, желтованый
тый, серый
Несовершенная,
средняя
Нет
3–4
Латунно-желтый
Желто-зеленый,
почти черный
Зеленый, буровато- Несоверчерный
шенная
Цвет (окраска)
Бесцветный, серый, Несоверрозовый, желто-бу- шенная
рый
Жирный; в Бесцветный, белый, Несовермелкокри- желтоватый, зеле- шенная
сталличе- ный, фиолетовый
ских массах – стеклянный
Стеклян- Бесцветный, розо- Совершенный
вый, зеленый, жел- ная в трех
тый, фиолетовый направлениях
Жирный
Стеклянный (на
гранях)
Стеклянный, жирный
Металлический
Блеск
5,5
6–6,5
6,5–7
5–6
Твердость
по шкале
Мооса
Продолжение табл. 3
Лабораторная работа № 1
Породообразующие минералы и их физические свойства
14
1
1
1–1,25
1,5–2
2,5
2–2,5
2–3
Твердость
по шкале
Мооса
Цвет (окраска)
Спайность
Совершенная в одном
направлении
(мелкие чешуйки)
Жирный, Белый, серый, го- Весьма соперламу- лубоватый, желто- вершенная
тровый
ватый, зеленоватый в одном направлении
(чешуйки)
Жирный, Серый до черного
металлический
Перламу- Темно-бурый, чер- Весьма сотровый
ный
вершенная
в одном направлении
Стеклян- Зеленый
Весьма соный, первершенная
ламутро(чешуйки)
вый
Стеклян- Бесцветный, белый, Весьма соный
серый, розовый, го- вершенная в
лубой
трех направлениях
Стеклян- Бесцветный, белый, Весьма соный
красный
вершенная
в одном направлении
Матовый, Белый, желтоватый Весьма сотускловершенная
жирный
в одном направлении
(микроскопические чешуйки)
Блеск
Особые признаки
Название
Царапается ногтем
Каменная
соль (галит)
Хлорит
Тальк
Пишет, жирный на Графит
ощупь, пачкает руки
Жирный и бархати- Каолинит
стый на ощупь, липкий при увлажнении
Расщепляется Жирный на ощупь
на толстые чешуйки
Мелкозернистый
Землистый
Ровный, зерни- Гигроскопичность, Сильвин
стый
горько-соленый вкус
Ровный, зерни- Гигроскопичность,
стый
соленый вкус
Расщепляется
на листочки и
чешуйки
Расщепляется Способность расще- Биотит
на тонкие пла- пляться на тонкие
стинки
пластинки
Излом
Окончание табл. 3
Лабораторная работа № 1
Породообразующие минералы и их физические свойства
15
Лабораторная работа № 1
Таблица 4
Описание породообразующих минералов
№
п/п
1
Твердость
по шкале Спайность
Мооса
3
Блеск
Излом
Особые
признаки
Название
Совершен- Стеклян- Ровный Вскипает Кальцит
ная в трех ный
с НCl
направлениях
Контрольные вопросы
1. Что такое минерал?
2. Как образуются минералы?
3. Какие минералы называются породообразующими?
4. Назовите внешние признаки минералов.
5. Что такое анизотропность?
6. В чем различие между аморфным и кристаллическим строением вещества?
7. Дайте определения спайности, излому, твердости, блеску.
8. Назовите и опишите формы кристаллов.
9. Что такое характер срастания кристаллов? Перечислите
разновидности сростков, приведите примеры.
16
Лабораторная работа № 2
МАГМАТИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
Цель работы – ознакомиться с основными разновидностями
магматических горных пород и их свойствами, а также научиться
определять породы по внешним признакам, исходя из структурно-текстурных особенностей и основных породообразующих минералов, входящих в их минеральный состав.
Горные породы – это плотные или рыхлые скопления минералов, возникающие в результате геологических процессов и залегающие в земной коре в виде самостоятельных геологических тел.
Генезис (происхождение) горных пород – это совокупность
всех процессов, ведущих к возникновению пород, условий, в которых они протекают, и исходного вещества. По генезису различают магматические, осадочные и метаморфические горные
породы.
Магматические породы делятся на две группы: глубинные
и излившиеся, между которыми есть переходные разности.
Глубинные (интрузивные) породы возникают при застывании
магмы в недрах Земли, где расплав долгое время кристаллизуется
в условиях высоких давлений и температур. Интрузивные магматические породы формируются ниже земной поверхности и образуют в недрах Земли разнообразные формы залегания (батолиты,
лакколиты и др.). Массивы глубинных магматических пород обнажаются на дневной поверхности только при глубоком денудационном срезе либо в результате тектонических поднятий пород.
Излившиеся (эффузивные) породы формируются на поверхности Земли. Излившаяся магма (лава) застывает при быстром спаде
давлений и температур с почти полной потерей летучих компонентов. Не успевая полностью раскристаллизоваться, расплав
17
Лабораторная работа № 2
Магматические горные породы
превращается в бесструктурное вещество (вулканическое стекло) с зародышами минералов. Минералы, успевшие к моменту
общего затвердения магмы приобрести свойственную им кристаллографическую огранку, образуют в породе вкрапленники
различных размеров. Масса излившихся пород, представленная
вулканическим стеклом, с течением времени раскристаллизовывается во вторичные минералы. Среди эффузивных пород различают молодые и древние. Эти породы образуют лавовые покровы
и потоки, залегающие на земной поверхности.
Описанные группы магматических пород четко различаются по структурным и текстурным признакам при визуальном
определении.
Под структурой породы понимается ее строение, определяющееся степенью кристаллизации, размерами минеральных зерен,
их формой и взаимоотношениями (т. е. способами связи). Таким
образом, структура пород зависит от скорости охлаждения и затвердевания магмы.
Интрузивные породы имеют кристаллически-зернистые
структуры, где все кристаллы хорошо видны невооруженным
глазом. По преобладающему размеру зерен эти структуры делятся на три вида:
• крупнокристаллические (зерна > 3 мм);
• среднекристаллические (зерна 1–3 мм);
• мелкокристаллические (зерна < 1 мм).
Для эффузивных пород характерны следующие виды структур:
• скрытокристаллическая (кристаллическое строение устанавливается лишь при помощи микроскопа);
• стекловатая (встречаются породы, все вещество которых
представлено аморфной массой);
• порфировая (основная масса породы аморфна, в ней содержатся вкрапленники в виде хорошо ограненных кристаллов).
Текстура породы – это совокупность признаков, обусловленных ориентировкой слагающих породу частиц и их расположением относительно друг друга. При отсутствии видимой ориентировки минералов в породе говорят о массивной (плотной)
текстуре. Пятнистая текстура возникает при неравномерном
распределении в породе светлых и темных минералов. Пористая
(шлаковая) текстура характеризуется наличием в породе пустот
от пузырьков газа. Если эти пустоты заполнены вторичными минералами, текстура называется миндалекаменной.
Для интрузивных пород характерны массивная и пятнистая
текстуры. Они встречаются и в эффузивных породах, однако
здесь преобладают пористая и миндалекаменная текстуры.
Вещественный состав магматических пород зависит не только от места застывания, но и от химического состава магмы. При
классификации магмы и магматических пород используются данные о содержании в них двуокиси кремния (SiO2) в свободном виде
(в виде кварца) или в составе других силикатов, образующих породу. В зависимости от процентного содержания SiO2 различают:
• ультракислые магматические породы (более 75 % SiO2);
• кислые (65–75 %);
• средние (52–65 %);
• основные (40–52 %);
• ультраосновные (менее 40 %).
В ультракислых и кислых породах содержание двуокиси кремния настолько значительно, что ее избыток представлен зернами кварца. В средних породах количество SiO2 в минералах соответствует количеству оснований СаО, MgO и FeO, поэтому зерна
кварца здесь встречаются редко. В кислых и средних породах преобладают светлые силикаты, из темных встречаются слюды, реже
роговая обманка, еще реже авгит. В основных породах SiO2 меньше, чем оснований, поэтому они состоят из минералов, относительно бедных двуокисью кремния (роговой обманки, лабрадора,
авгита). В ультраосновных породах наблюдаются минералы, содержащие SiO2 в незначительном количестве (пироксены, оливин).
Соотношение светлых и темных силикатов в породе обусловливает ее окраску. В кислых породах преобладают светлые силикаты, поэтому данные породы светлоокрашенные, в основных
и ультраосновных – темные, поэтому и породы темно-серые или
черные.
18
19
Лабораторная работа № 2
Магматические горные породы
Строительные свойства магматических горных пород позволяют считать их высоконадежным основанием для инженерных сооружений. Наибольшей прочностью отличаются породы
с мелко- и равнозернистыми структурами. При выборе магматических пород в качестве строительного материала предпочтение
следует отдавать породам с массивной текстурой, однако нужно
иметь ввиду, что на качество пород, помимо структурно-текстурных особенностей, влияют степень выветрелости, наличие трещин, форма залегания и некоторые другие характеристики.
Классификация магматических пород строится на учете их химического состава и места застывания магмы (табл. 5).
В основу визуального определения магматических пород положены их структурно-текстурные признаки и минералогический состав (табл. 6).
Таблица 5
Основные структуры магматических пород
Наименования структур
По отноПо степени
сительным
раскристаллизоразмерам
ванности
зерен
Отличительные
признаки структур
Влияние
структуры на
свойства пород
Интрузивные породы
Полнокристаллическая (вся
масса породы
состоит из хорошо различимых
зерен – кристаллов)
Равномернозернистая
Вся масса породы состоит из хорошо различимых четко очерченных зерен; зерна
средние (5–2 мм), реже
мелкие (1–0,2 мм)
Высокая прочность и стойкость к выветриванию (возрастает с уменьшением размера зерен)
Неравномернозернистая
На фоне средне- или
мелкокристаллической массы выделяются крупные, иногда очень крупные
(> 5 мм), четко очерченные кристаллы
Прочность
заметно
(в 2–3 раза) снижается с ростом
размера и неоднородности
зерен
20
Окончание табл. 3
Наименования структур
По отноПо степени
сительным
раскристаллизоразмерам
ванности
зерен
Отличительные
признаки структур
Влияние
структуры на
свойства пород
Эффузивные породы
Неполнокристаллическая (сочетание мелких
или очень мелких кристаллов
и стекловатой
массы)
Равномернозернистая
Визуально порода однородная, мелкокристаллическая стекловатая масса («стекло»)
неразличима даже под
лупой
Прочность
и стойкость высокие, снижаются у пористых
пород
Порфировая
(сочетание стекловатой массы
и разрозненных
зерен)
Неравномернозернистая
Визуально порода однородная; на фоне
стекловатой или
скрытокристаллической массы хорошо различимы четко
очерченные средние или мелкие кристаллы
Прочность высокая; стойкость
к выветриванию
и воздействию
химически активных растворов – пониженная
Вулканогеннообломочная
Чаще не- Порода состоит из
Прочность завиравнонеправильной формы сит от пористомерная
обломков разной ве- сти
личины и крупных
пепловых частиц, погруженных в тонкую
пепловую массу
Стекловатая
(аморфная)
Зерна
и обломки отсутствуют
Основная масса породы нераскристаллизована, видимые кристаллы отсутствуют
21
Стекловатая
масса неустойчива к выветриванию и воздействию активных
растворов
< 3,25
Форма отчета по лабораторной работе: необходимо описать
восемь образцов (см. пример в табл. 7), дать оценку их прочности и стойкости, а также характеристику по ГОСТ 25100–2011
«Грунты. Классификация» (соответствующая таблица имеется
в ауд. 206-Е).
Таблица 7
2,7–2,9
3,0–3,2
Описание магматических пород
НаимеМинералогинования
ческий состав
пород
Струк- ТекстуУсловия
тура
ра
образования
Габбро Основной
плагиоклаз,
лабрадор, пироксен, роговая обманка
Сред- Маснекри- сивная
сталлическая
Класс по
ГОСТ 25100–
2011
Глубинная Скальные
(интрузивная), основного состава
2,58
Контрольные вопросы
Плотность, г/м3
Эффузивные
Порфировая или мелкокристаллическая компактная
Порфировая или скрытокристаллическая
Вулканогенно-обломочная,
компактная и пористая
Стекловатая, компактная
и пористая
Физико-химические свойства пород
Содержание общего SiO2, %
Вулканические стекла (перлит, обсидиан); вулканические лавы,
шлаки, пемзы
Кислые
Средние
Основные
Ультраосновные
> 65
52–65
40–52
< 40
Магматические горные породы
Вулканические туфы, песчаники, брекчии
–
Базальт
22
Кварцевый Ортокла- Кварцевый Порфирит
порфир
зовый
порфир
порфир
Липарит
Трахит Дацит
Андезит
Диабаз
Перидотит,
дунит, пироксенит
–
Габбро
Диорит
Селенит Гранодиорит
Гранит
Полнокристаллическая
компактная
Интрузивные
Структура, текстура
Ортоклаз,
Плагиоклаз, Плагиоклазы, ПлагиБез полеРоговая
кварц, рогоортоклаз, об- роговая обоклазы,
вых шпаобманка,
вая обманка,
манка, био- манка, авгит, оливин, тов, оливин,
слюды
слюды
тит, кварц
биотит
пироксен пироксен
Черные
породы
Темные
породы
Серые породы
Светлые породы
Условия
образования
Минеральный состав пород
Таблица 6
Схематическая классификация основных типов магматических пород для визуального определения
Лабораторная работа № 2
1. Дайте определение горной породе.
2. Какие породы называются магматическими?
3. Какие структуры и текстуры свойственны глубинным (интрузивным) магматическим породам?
4. Укажите структурно-текстурные особенности излившихся
(эффузивных) магматических пород.
5. Какие минералы характерны для кислых магматических
пород?
6. Как визуально различить глубинную и излившуюся магматические породы?
7. Как отличить по внешним признакам кислую магматическую породу от ультраосновной?
23
Осадочные обломочные и глинистые горные породы
Лабораторная работа № 3
ОСАДОЧНЫЕ ОБЛОМОЧНЫЕ
И ГЛИНИСТЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
Цели работы – ознакомиться с основными разновидностями
осадочных обломочных и глинистых горных пород и их свойствами, а также научиться определять породы по внешним признакам. В результате выполнения работы студенты должны получить
представление об отличительных особенностях указанных пород
и освоить их классификацию.
Несмотря на то что в общем объеме земной коры на долю осадочных пород приходится чуть более 5 %, эти породы – самые
распространенные у поверхности Земли: они занимают около
75 % площади суши. Осадочные горные породы образуются при
накоплении минеральных и органических веществ на дне морей,
в озерах, реках, болотах и на суше. Исходным материалом для них
служат продукты разрушения магматических, метаморфических
и осадочных пород, которые остаются на месте или перемещаются водой, льдом, ветром либо непосредственно под действием
силы тяжести и осаждаются в водоемах и на суше. К осадочным
породам условно отнесены также осажденные продукты вулканических выбросов в атмосферу (пирокластические породы).
Основная форма залегания массивов осадочных пород – слой
(пласт). Слоистость (неоднородность в разрезе по вертикали при
однородном сложении по горизонтали) является одним из отличительных свойств осадочных пород. Почти для всех разновидностей осадочных пород характерна большая пористость. Многие образцы содержат отпечатки флоры и фауны. Поскольку
осадочные породы образуются у поверхности Земли, на их состав и облик влияют климатические условия. В состав осадочных
24
пород входят первичные (магматические) минералы, содержащиеся в обломках магматических пород (кварц, полевые шпаты,
слюды и др.), и вторичные минералы, образовавшиеся при накоплении и уплотнении осадка (кальцит, гипс, глинистые минералы
и др.). Структура и текстура осадочных горных пород тесно взаимосвязаны и весьма разнообразны: почти каждый тип породы
имеет специфическую, присущую только ему структуру.
Большинство осадочных горных пород состоит из смеси частиц обломочного, химического и биологического происхождения. При наименовании осадочных пород их минералогический состав не является определяющим: название породе дается
по компоненту, содержание которого превышает 50 %. Компонент, доля которого составляет от 5 до 50 %, отражается в названии в качестве прилагательного (например, «глина карбонатная»). Наиболее распространены следующие группы осадочных
пород: обломочные, глинистые, карбонатные, кремнистые, углеродистые, соли (сульфаты, галогениды).
3.1. Обломочные породы
Обломочные породы представляют собой сочетание обломков
пород и минералов разных размеров. Эти породы получают названия в зависимости от размеров, формы и степени сцементированности обломков. Согласно ГОСТ 25100–2011 наименование
дается по преобладающей фракции (табл. 8).
Элементы структуры и текстуры обломочных пород тесно
взаимосвязаны, и зачастую трудно провести границу между
структурными и текстурными признаками: так, форма и размер
песчаных зерен – это элемент структуры, а их определенное взаиморасположение в породе – признак текстуры.
Текстуры обломочных пород формируются или одновременно
с накоплением осадка, или в процессе литификации и последующих
преобразований породы. Они характеризуются большим разнообразием и могут быть описаны в обнажениях. Внутрипластовые текстуры обломочных пород массивные (неслоистые) либо слоистые.
25
Лабораторная работа № 3
Осадочные обломочные и глинистые горные породы
Слоистость осадочных пород может выражаться сменой минерального состава, структуры (песок – гравий) или текстуры (массивный песчаник сменяется слоистым). Причина возникновения
слоистости – изменение параметров процесса осадконакопления,
которые зависят от следующих факторов:
1) механизма образования осадка (в условиях течения, волнения, неподвижной среды; за счет осаждения, выпадения в осадок
из растворов; в результате роста живых организмов, например
при образовании рифов, и т. д.);
2) тектонических условий (поднятия и опускания меняют характер сноса осадочного материала);
3) периодических изменений климата (количества осадков;
наличия растительного покрова, временных потоков; усиления
или ослабления деятельности микроорганизмов и т. д.);
4) уплотнения осадков под давлением вышележащих толщ.
При характеристике слоистости используют понятие об элементах слоистости осадочных толщ.
По характеру связей обломочные породы делятся на несцементированные (без жестких связей) и сцементированные (с жесткими связями).
Среди несцементированных обломочных пород выделяют
связные (пылеватые) и несвязные (крупнообломочные). Остановимся на пылеватых породах.
Лёссовидные породы (от нем. loss – рыхлый) – это преимущественно кварцевые породы с включениями полевых шпатов,
кальцита, гипса и глинистых минералов. Состоят в основном из
частиц песчаной фракции размером от 0,05 до 0,005 мм. По числу
пластичности – супеси, реже суглинки. Цвет – желтовато- и буровато-серый. Структуры – грубые и тонкие. Текстура – неслоистая. Порода после просушивания частично комковатая. Особенностью некоторых лёссовидных отложений является резкое
падение прочности структурных связей при увлажнении, приводящее к просадкам, развитию лёссового псевдокарста, интенсивному оврагообразованию, потере несущих свойств грунтов в основании узких фундаментов и свай и т. д.
Лёсс является материнской породой черноземных и сероземных почв. Он используется для изготовления кирпича (саманного, кирпича-сырца) и цемента, отсыпки тела дамб и плотин.
Супеси состоят из отдельных неразличимых глазом частиц, которые легко раздавливаются пальцами и оставляют следы в порах
кожи. Окраска разнообразная, чаще сероватая. Структура – пелитовая. Текстура – слоистая, пятнистая, сетчатая.
26
27
Таблица 8
Классификация осадочных обломочных пород
Рыхлые
породы
Группа
пород
Сцементированные
породы
Размер
обломков, Сложенные Сложенные Сложенные Сложенные
окатанны- неокатан- окатанны- неокатанмм
ми облом- ными об- ми облом- ными обками
ломками
ками
ломками
Крупно- Крупнее
обломоч- 200
ные
Валуны
Глыбы
Валунные Глыбовая
конгломе- брекчия
раты
200–10
Галечник
Щебень
Конгломе- Брекчия
рат
10–2
Гравий
Дресва
Гравелит
Песчаные 2–0,05:
Пески
(псамми- крупные
товые)
(2–0,5);
средние
(0,5–0,25);
мелкие
(0,25–0,1);
тонкие
(0,1–0,05)
Дресвяник
Песчаники
Пыле0,05–0,005 Пыль (алеврит), супесь, Алевролиты
ватые
лёсс
(алевритовые)
Лабораторная работа № 3
Осадочные обломочные и глинистые горные породы
Алевриты внешне похожи на супеси, но более тонкозернистые
и однородные. Слоистость – тонкая. Слабосвязные, сильно пачкают руки.
Свойства сцементированных обломочных пород обусловлены составом, количеством и типом цементирующего вещества.
По характеру взаимоотношений обломков (или зерен) и цементирующего вещества цементы подразделяют на базальный, контактовый и поровый типы. Наиболее прочны породы с базальным
цементом, в котором обломки рассеяны в общей массе цементирующего вещества (кремнеземистого, железистого, известкового,
глинистого, карбонатного и т. д.). Самой высокой прочностью обладает кремнеземистый цемент, наименее прочен глинистый.
Рассмотрим некоторые разновидности сцементированных пород.
Конгломераты (от лат. conglomero – скопившийся, собранный)
могут быть сложены как разнообразными породами (полимиктовые), так и обломками одной породы (мономиктовые). Образуются при цементации валунных, галечниковых и гравийных отложений. Разновидности: гравелиты – конгломераты с преобладанием
окатанных обломков размером 2–10 мм (гравия); конгломераты
карбонатные (известковые) – образуются из окатанных обломков грунтов карбонатного состава. Тип породы по вещественному составу – силикатная. Цементом в конгломератах обычно
являются окислы железа, карбонаты, глинистый материал, реже
кремнекислота. Цвет различный, зависит от цвета обломков и цемента, в целом серый, голубоватый, желтоватый, а если цемент
сильно железистый, то и красноватый. Структура – крупнообломочная (псефитовая), состоит из окатанных обломков размером
от 2 до 200 мм и более. Текстура – однородная.
Отличия конгломератов:
• от брекчий – присутствие в образце окатанных обломков;
• от туфов – в образце больше обломков, чем скрепляющего их цемента;
• от известняков и мергелей – реагируют с HCl; в образце
видны обломки и скрепляющий их цемент (возможно, карбонатного состава).
Конгломераты применяются как бутовый камень, облицовочный и декоративный материал, для мощения дорог.
Брекчия (от итал. breccia – щебень) может быть поли- и мономиктовой. Образуется при цементации глыбовых, щебенистых
и дресвяных отложений. Тип породы по вещественному составу –
силикатная. Цемент обычно включает известковый шпат, кварц,
глину и гипс. Цвет различный, зависит от цвета обломков и цемента, в целом серый, бурый, вишневый. Структура – крупнообломочная (псефитовая), состоит из окатанных обломков размером от 2 до 200 мм и более. Текстура – однородная.
Отличия обломочной брекчии:
• от конгломератов и гравелитов –в образце присутствуют
неокатанные угловатые обломки;
• от туфов – в образце больше обломков, чем скрепляющего их цемента;
• от тектонических брекчий – отсутствие следов дробления
и деформирования;
• от известняков и мергелей – реагирует с HCl; в образце видны обломки и скрепляющий их цемент (карбонатного
состава).
Брекчия широко используется как строительный и облицовочный камень. Наиболее предпочтительны легкообрабатывающиеся брекчии карбонатного состава.
Песчаник состоит из кварца, полевого шпата, слюд, глауконита, причем любой компонент может преобладать над другими и определять свойства породы. Часто наблюдается присутствие рудных минералов (магнетита, гематита, лимонита),
глинистых и других минералов. Образуется при цементации
песчаных отложений различного происхождения и условий образования. Тип породы по вещественному составу – силикатная. Цвет различный, зависит от цвета обломков и цемента,
в целом от светлого до бурого. Структура – мелкообломочная
(псаммитовая), состоит в основном из частиц песчаной фракции размером от 2 до 0,05 мм. Текстура – однородная, слоистая, пористая.
28
29
Лабораторная работа № 3
Осадочные обломочные и глинистые горные породы
Отличия песчаников:
• от брекчий, конгломератов, гравелитов, алевролитов, аргиллитов – в любом песчанике всегда видны песчаные частицы
размером от 2 до 0,05 мм;
• от туфов вулканических, туффитов – в образце видны зерна
примерно одинакового размера и формы;
• от кварцитов и опок – при трении обломков друг о друга
выкрашиваются зерна.
Песчаник используется как строительный и облицовочный камень, в дорожном строительстве – в качестве щебня, в размолотом виде – как песок.
Алевролиты (от греч. áleuron – мука и líthos – камень) – это сцементированные аналоги алевритов, состоящие из тонко раздробленных зерен кварца, полевого шпата и глинистых минералов; иногда
присутствуют карбонаты, реагирующие с HCl, и железистые минералы с желтой или бурой окраской. Образуются при цементации
дисперсных осадочных пылеватых грунтов – лёссов, лёссовидных
грунтов (супесей и суглинков). Тип породы по вещественному составу – силикатная. Цвет – серый, темно-серый, бурый, коричневатый, зеленоватый. Структура – от тонкозернистой до скрытокристаллической; по преобладающему содержанию невидимых глазом
пылеватых частиц (от 0,05 до 0,005 мм) – пылеватая (алевролитовая). Текстура – однородная, слоистая, иногда пористая.
Отличия алевролитов:
• от сланцев – неровный излом и отсутствие сланцеватости;
• от аргиллита – твердость (царапает стекло);
• от песчаников – тонкозернистая или скрытокристаллическая структура;
• от более легких и плотных опок – относительная тяжесть.
Алевролиты с прочным цементом используются при мощении
дорог и строительстве зданий.
и водоемов, так и на суше (при выветривании, геологической работе рек, льда и др.) и представляют собой землистые образования, дающие с водой пластическую массу, которая при высыхании затвердевает, а при обжиге приобретает твердость камня.
Глинистые породы являются продуктом разложения и выветривания полевошпатовых и некоторых других горных пород: под
многолетним воздействием температурных изменений, солнечных лучей, осадков и ветра кристаллические горные породы растрескиваются и разрушаются, а при химическом взаимодействии
с углекислым газом воздуха и водой постепенно превращаются
в глинистые минералы, карбонаты и кварц.
Глинистые породы пластичны (т. е. способны под давлением
принимать любую форму и сохранять ее после снятия давления)
и могут поглощать большое количество воды, при этом набухая.
Классификация глинистых пород, в соответствии с которой они
получают названия, представлена в табл. 9.
3.2. Глинистые породы
Глинистые породы (от греч. glinе – глина) составляют около
65 % всех осадочных пород. Они формируются как на дне морей
30
Таблица 9
Классификация глинистых пород
Типы и виды пород
Примечания
1. По гранулометрическому составу (по содержанию глинистых частиц)
Глины – свыше 30 %
–
Суглинки:
Содержание обломков крупнее 2 мм
должно быть меньше 50 %.
тяжелые – 20–30 %;
Суглинки и супеси, содержащие более
средние – 15–20 %;
50 % пылеватой фракции, называются
легкие – 10–15 %;
пылеватыми
Супеси – 3–10 %
2. По минеральному составу глинистых фракций
Каолинитовые
–
Иллитовые (гидрослюди–
стые)
Монтмориллонитовые
Монтмориллонитовые глины (сильно набухающие грунты) встречаются редко
Смешанные
–
31
Лабораторная работа № 3
Осадочные обломочные и глинистые горные породы
Характерные свойства глинистых пород (набухание, усадка,
пластичность) обусловлены наличием глинистых минералов –
каолинитовых, монтмориллонитовых, гидрослюдистых и других
слоистых алюмосиликатов. Помимо них, в глинистых породах
содержатся обломочные частицы (крупнообломочные, песчаные,
пылеватые). В собственно глинах глинистых частиц более 30 %
от общего объема породы, в суглинках – от 10 до 30 %, в супесях – от 3 до 10 %. В глинах также могут присутствовать карбонатные частицы. Плотные сцементированные глинистые породы,
утратившие пластичность и способность поглощать воду, называются аргиллитами. Структура глинистых пород – пелитовая.
Текстура – слоистая, пятнистая, сетчатая. Цвет – бурый, серый,
белый (каолиниты), голубой (кембрийские глины), желтоватый
(бентониты, флоридины), зеленый (глаукониты, монтмориллониты), розовый, красный (комовые глины, железисто-монтмориллонитовые глины), коричневый, черный.
В полевых условиях можно использовать следующую методику определения породы: образец увлажняют и перемешивают
до тестообразного состояния, из подготовленного грунта на ладони скатывают шарик и пробуют раскатать его в шнур толщиной
около 3 мм или чуть больше, затем шнур сворачивают в кольцо
диаметром 2–3 см. Глина скатывается в длинный тонкий шнур, из
которого получается кольцо без трещин.
Суглинки, в отличие от глин, имеют заметные песчаные частицы, пятна и прослои ожелезнения. Легкий суглинок образует
шнур, который можно свернуть в кольцо, однако оно получается очень непрочным и легко распадается на части при скатывании с ладони или при попытке взять его в руки. Средний суглинок
формирует сплошной шнур, но кольцо из него получается с трещинами и переломами. Тяжелый суглинок легко раскатывается
в шнур, но кольцо имеет трещины. Окраска суглинков преимущественно буроватая, серая, реже красноватая.
Супеси внешне напоминают суглинки и алевриты. В них присутствуют мельчайшие частицы, неразличимые глазом, которые легко раздавливаются пальцами и оставляют в порах кожи
следы. Окраска разнообразная, чаще сероватая. Текстура – слоистая, пятнистая, сетчатая. Структура – пелитовая. Супесь образует шарик, который не удается раскатать в шнур (получаются
только его зачатки).
При определении супесей и суглинков требуется внимательность, так как они могут быть пылеватыми. Эти разновидности
различают по сухому методу:
• пылеватые супеси и легкие пылеватые суглинки образуют
непрочные комочки, которые при раздавливании пальцами легко
распадаются; супеси при растирании производят шуршащий звук
и ссыпаются с руки, а при растирании легких суглинков ощущается ясно различимая шероховатость, глинистые частицы втираются в кожу;
• средние пылеватые суглинки дают ощущение мучнистости (тонкой муки со слабозаметной шероховатостью); комки
раздавливаются с некоторым усилием;
• тяжелые пылеватые суглинки в сухом состоянии с трудом поддаются раздавливанию; при растирании дают ощущение
тонкой муки, но без шероховатости.
Глины широко применяются в промышленности (в производстве керамической плитки, огнеупоров, тонкой керамики, фарфорофаянсовых и сантехнических изделий, а также
для очистки пищевых масел и соков), строительстве (при
32
33
Окончание табл. 9
Типы и виды пород
Примечания
3. По степени уплотненности глинистого осадка
Илы минеральные (глини- Рыхлые водонасыщенные осадки в текустые, суглинистые, супес- чем состоянии
чаные)
Собственно глинистые по- Состояние глинистых пород зависит от
роды (глины, суглинки,
их влажности; в воде размокают, плас­
супеси)
тичны
Аргиллиты
Образуются при литификации глин и суглинков; в воде не размокают
Лабораторная работа № 3
Осадочные обломочные и глинистые горные породы
изготовлении кирпича, керамзита и других стройматериалов),
в быту (в частности, в косметике), а также в качестве материала для художественных работ (лепки). Керамзитовый гравий и песок, производимые из керамзитовых глин путем отжига со вспучиванием, активно используются при изготовлении
строительных материалов (керамзитобетона, керамзитобетонных блоков, стеновых панелей и др.), в качестве теплои звукоизоляционных материалов. В зависимости от режима обработки глины получается керамзит различной насыпной
плотности.
Аргиллит (от греч. argillos – глина и líthos – камень) образуется при цементации дисперсных осадочных глинистых грунтов –
суглинков, глин. Тип породы по вещественному составу – силикатная. Основные минералы: глинистые (мягкие, царапаются
ногтем, скользят по стеклу), кварц и полевой шпат (выявляются по отдельным царапинам на стекле при скольжении образца). Цвет – серый, темно-серый до черного, реже коричневый,
зеленоватый. Структура – скрытокристаллическая; по преобладающему содержанию невидимых глазом частиц глинистых минералов (менее 0,005 мм) – глинистая (пелитовая). Текстура –
однородная, тонкослоистая.
Отличия аргиллита:
• от алевролитов – скользит по стеклу, оставляя неглубокие
царапины;
• от глинистых сланцев – неровный излом и отсутствие сланцеватости;
• от глин, суглинков – не размокает в воде, не пластичен.
За неимением других грунтов аргиллит используется в качестве крупнообломочного грунта при строительстве автомобильных дорог (для возведения земляного полотна) и в гражданском
строительстве (для подсыпок и насыпей). Склонен к скорому выветриванию в выемках и котлованах, где, как и алевролит, распадается на плитчатые или листоватые отдельности, остроугольные
щебенку и дресву и в конечном итоге довольно быстро выветривается до суглинков, глин.
Контрольные вопросы
34
1. Какие горные породы называются осадочными?
2. Как образуются осадочные породы?
3. Приведите примеры осадочных пород различных групп.
4. Каковы различия между песком и песчаником, галечником
и щебнем, гравием и валунами?
5. Какие минералы входят в состав осадочных пород?
6. Укажите характерные признаки осадочных пород.
7. Дайте характеристику глинистых пород.
8. Почему в приповерхностной части земной коры преобладают осадочные породы?
35
Осадочные химические и биохимические горные породы
Окончание табл. 10
Лабораторная работа № 4
ОСАДОЧНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ
И БИОХИМИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
Цель работы – ознакомиться с основными разновидностями осадочных химических и биохимических горных пород и научиться определять их, исходя из структурно-текстурных осо­
бенностей.
Классификация химических и биохимических пород (табл. 10)
основывается на различии их минерального состава, в значительной мере определяющего растворимость пород.
Таблица 10
Схематическая классификация основных типов
химических и биохимических пород
Подгруп- Породо­
Наименования
пы (по со- образующие
пород
ставу)
минералы
Карбонатная
Кальцит
Характерные структуры
и текстуры
Известняки:
Массивные пе- Кристаллически-зернистая
рекристаллизо- компактная
ванные
Оолитовые
Средне- и мелкозернистая компактная
Туфовые
Микрозернистая пористая
(обычно макропористая)
Ракушечники Органогенная (из целых или
(детритовые,
битых раковин и других остаткоралловые)
ков организмов) пористая
Мел
Визуально – алевритовая микропористая*
36
Подгруп- Породо­
Наименования
пы (по со- образующие
пород
ставу)
минералы
Карбонатная
Доломит
Доломит
Характерные структуры
и текстуры
Средне- и мелкозернистая компактная, реже микропористая
Визуально – алевритовая или
пылеватая микропористая*
Кальцит, Мергель
глинистые
минералы
Сульфат- Гипс
Гипсовая
ная
Кристаллически-зернистая,
мелко- и микрозернистая компактная
Ангидрит Ангидритовая Неяснокристаллическая (средне- и мелкозернистая) ком­
пактная
Галоид- Галит
Каменная соль Яснокристаллическая (крупноная
Сильвин Калийная соль и среднезернистая) компактная
Кремни- Опал, хал- Диатомит, тре- Визуально – алевритовая или
стая
цедон
пел, опока
пелитовая микропористая*
* Органогенная структура данных пород видна только под микроскопом.
Между химическими и биохимическими породами существуют промежуточные виды горных пород смешанного происхождения: опоковая глина, мергель, карбонатная глина, доломитизированный известняк и т. д.
Кратко охарактеризуем указанные в табл. 10 подгруппы химических и биохимических пород.
Среди карбонатных пород наиболее распространены известняки – образования, состоящие из кальцита с примесью глины
и песка. При увеличении глинистых примесей известняки переходят в мергели, а при увеличении песка – в песчаные известняки и известковые песчаники. Известняки подразделяются на
химические и биогенные (ракушечник, мел). Породы, содержащие не менее 95 % CaCO3·MgCO3, называются доломитами. Чистые доломиты встречаются редко, макроскопически они трудноотличимы от известняков. Общий диагностический признак
37
Лабораторная работа № 4
Осадочные химические и биохимические горные породы
карбонатных пород –вскипание с HCl. Известняки и мергели реагируют сильно, доломиты – только в измельченном виде. Структуры и текстуры пород различны (см. табл. 10), окраска также
разнообразна – от белой до черной, чаще землисто-серая.
Кремнистые породы бывают биологического, химического
и вулканогенно-осадочного происхождения. Из кремнистых органических пород чаще встречаются диатомиты, состоящие из микроскопических скелетов диатомовых водорослей, построенных
из опала. Визуально неотличимы от диатомитов трепелы – кремнистые породы химического происхождения. Опока, внешне напоминающая мергель, представляет собой относительно легкую
и твердую кремнистую породу с примесью глинистого вещества.
Яшма – это плотная твердая кремнистая порода с раковистым изломом, часто содержащая остатки микроорганизмов. Общий признак кремнистых пород – низкая плотность: у диатомита и трепела – менее 1 г/см3; у опоки – 1,4–1,6 г/см3.
Сульфатные породы (гипс и ангидрит, почти полностью состоящие из одноименных минералов) и галогениды (галит, сильвин) образуются путем осаждения из воды в соленосных бассейнах и относятся к осадочным солям.
Общий признак сульфатных пород – кристаллически-зернистая структура. Гипс царапается ногтем (твердость 2), ангидрит –
нет. Ангидрит более плотный, обладает неяснокристаллическим
строением. Окраска сульфатных пород белая, серая, голубоватая,
красная, черная.
Галоидные породы имеют ясную кристаллически-зернистую
структуру, низкую плотность, производят ощущение влажности
и холодят руку. Окраска белая, серая. Отличительный признак –
соленость.
Другие породы биохимического происхождения (углеродистые, железистые, фосфатные) мы не рассматриваем, так как они
являются полезными ископаемыми.
Строительные свойства химических и биохимических пород
очень разнообразны. Породы, по происхождению являющиеся химическими осадками, обладают достаточной механической
прочностью, чтобы быть надежным основанием любого сооружения, однако растворение водой может резко отразиться на их
устойчивости. Известняки, гипс и соли подвержены процессам
карстообразования.
38
Форма отчета по лабораторной работе: необходимо описать
восемь образцов (см. пример в табл. 11), а также охарактеризовать их классификационное положение и строительные свойства
по ГОСТ 25100–2011.
Описание осадочных пород
МинеНаимералогинования
ческий
пород
состав
Мергель Кальцит
и мергель
Струк- Текстутура
ра
Цвет
Таблица 11
Условия образования
Класс по
ГОСТ
25100–
2011
АлевМиКрасно- Образуется при Скальритовая кропо- серый осаждении на ные
или пы- ристая
дно водоемов
леватая
обломочного
и химического
материала
Контрольные вопросы
1. Назовите отличительные особенности карбонатных пород.
2. Дайте характеристику кремнистых пород.
3. Какие породы относятся к осадочным солям?
4. Каковы строительные свойства химических и биохимических пород?
39
Метаморфические горные породы
Лабораторная работа № 5
МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
Цели работы – получить представление о метаморфических
горных породах и их свойствах, научиться определять разновидности пород по внешним признакам.
Метаморфические горные породы возникают при преобразовании осадочных и магматических пород в недрах Земл и в результате воздействия высоких давлений и температур, приноса
или выноса вещества высокотемпературными растворами и газами. Определяющую роль при формировании метаморфической
породы играет состав исходной породы.
Выделяется несколько типов метаморфизма:
• региональный метаморфизм идет на больших глубинах
под действием высоких давлений и температур и охватывает территории, на которых происходят прогибания земной коры;
• динамометаморфизм возникает под действием давления
в условиях невысоких температур при складкообразовательных
движениях земной коры;
• контактовый метаморфизм происходит при тепловом
и химическом воздействии магмы, внедрившейся в земную кору,
на вмещающие породы.
По внешнему облику и условиям залегания метаморфические породы занимают промежуточное положение между магматическими и осадочными. Они состоят из минералов, устойчивых в условиях высоких температур и давлений: большинство
минералов относится к магматическим породам (кварц, полевые
шпаты, слюды, роговая обманка, авгит), из осадочных минералов
присутствует лишь кальцит. Только для метаморфических пород
характерны тальк, графит, хлорит, гранит и т. д.
40
Структура метаморфических пород обычно мелкокристаллическая, иногда скрытокристаллическая. Состав чаще полиминеральный (минералы класса силикатов), иногда мономинеральный
(специфические минералы зоны метаморфизма – тальк, хлорит,
серпентин и др.).
Определение метаморфической породы начинается с установления ее минерального состава. Затем выявляется текстура породы и учитываются другие внешние признаки образца. При работе используется табл. 12.
Таблица 12
Главные типы метаморфических пород
Породы,
подвергши- Минеральеся мета- ный состав
морфизму
Глинистые Хлорит,
породы
кварц
Биотит,
мусковит,
кварц
Текстура
Структура, внешний
вид и характеристика
породы
Название
Сланцева- Чешуйчатая с шел- Филлит
тая
ковистым блеском,
серая или зеленовато-серая. Кварц заметен плохо
Сланцева- Чешуйчатая, содертая
жит много слюды
Слюдяной
сланец
Ультраос- Хлорит,
новные по- кварц,
роды
примеси
слюды
Сланцева- Чешуйчатая зеленая Хлоритотая
масса хлорита. Кварц вый сланец
заметен плохо
Основные Роговая
породы
обманка,
кварц
Массивная Зернисто-кристалАмфибоили слан- лическая черная или лит
цеватая
темно-зеленая, часто
с белым кварцем
Гранит,
Кварц, поле- Массивглинистые вые шпаты, ная, гнейпороды
биотит, ро- совая
говая обманка, пироксен
41
Зернисто-кристалли- Гнейс
ческая черная или розоватая. Похожа на
гранит, но с выраженной ориентировкой
минералов
Лабораторная работа № 5
Метаморфические горные породы
Окончание табл. 12
Породы,
подвергши- Минеральеся мета- ный состав
морфизму
Песчаник Кварц
Известняк, Кальцит,
доломит
реже доломит
Текстура
Структура, внешний
вид и характеристика
породы
Название
Массивная Мелкозернистая или Кварцит
скрытокристаллическая белая, желтая,
красная или красноватая, блестящая на
изломе. Иногда плитчатая. Прочная
Таблица 13
Основные типы текстур метаморфических пород
Текстура
Сланцеватая
Массивная Яснокристаллическая Мрамор
белая, серая, красноватая, иногда полосчатая. Реагирует с HCl, царапается
стеклом
Глинистые Кварц, био- МассивСкрытокристалличе- Роговик
породы
тит, полевой ная, беспо- ская, темная или чершпат
рядочная ная. Нет ориентировки минеральных
зерен. Очень прочная
Ультраос- Тальк
новные породы
• полосчатая – с чередованием полос различной толщины
и минерального состава.
Сланцеватая, чешуйчатая
Светло-зеленая мягкая, царапается ногтем. На ощупь жирная
Тальковый
сланец
Серпентин, Сланцева- Зеленая с пятнами
Змеевик
асбест
тая
различных оттенков, (серпентипридающими сход- нит)
ство с кожей змеи
Отличительными признаками метаморфических пород служат
их текстуры (табл. 13). Выделяются следующие виды текстур:
• сланцеватая – с параллельным расположением таблитчатых или чешуйчатых минералов;
• гнейсовая (очковая) – с параллельным расположением таблитчатых минералов и утолщенными участками полос, обтекающих крупные зерна других минералов;
42
Полосчатая (гнейсовая)
Массивная (беспорядочная)
Отличительные
признаки
Влияние на свойства пород
Наличие параллельных плоскостей, наблюдаемых под микроскопом.
Порода обычно внешне однородна и кажется состоящей из тонких (0,5–1,5 мм) слойков. Раскалывается
на тонкие плитки. На
плоскостях часто шелковистый блеск
Обусловливает
резко выраженную
анизотропность
физико-механических свойств,
сильно снижает
морозостойкость
пород.
При выветривании порода легко
распадается на
очень тонкие
плитки
Наличие параллельСоздает анизоной ориентировки ми- тропию прочнонералов.
сти
Чередование линз
и полосок различного
минерального состава,
структуры, окраски
Не наблюдается никакой закономерности
в расположении и ориентировке зерен минералов
43
При прочих равных условиях обеспечивает максимальную
прочность и стойкость к любым
внешним воздействиям
44
Белый,
бурый,
черный
Слюдя- СреднеСланцеваной сла- и крупнотая
нец
кристаллическая чешуйчатая
Хлори- Кристалли- Сланцеватовый ческая четая
сланец шуйчато-зернистая или
листовая
Зеленый
с различными оттенками
Серый,
красноватый,
бурый,
черный
Сланцеватая, тонкосланцеватая
Филлит Скрытокристаллическая микрочешуйчатая
Таблица 14
Кварц, поле- Региональный; Характерно чере- Строительвые шпаты, из гранитов
дование светлых ный камень,
слюды
и глинистых
и темных полос. щебень
пород
По механическим
свойствам близок
к гранитам
Кварц, сери- Региональный; Шелковистый
Кровельный
цит (слюда), метаморфиза- блеск на плоско- материал
биотит, хло- ция глинистых стях сланцеваторит
сланцев
сти.
Легко раскалывается на плитки
Слюды,
Региональный; Легко расщепля- Изготовлекварц, при- из магматиче- ется по плосконие кровельмеси хлори- ских и глини- стям спайности
ных материта, гранитов, стых осадоч- на тонкие упругие алов и др.
графита
ных пород
пластинки
Хлорит, при- Региональный; Твердость меньше Кислотомеси квариз магматиче- 5, легко чертится и огнеупорца, талька,
ских и глини- ножом.
ный матеслюды
стых осадоч- Жирный на ощупь риал
ных пород
Зернисто- Сланце-ва- Серый,
кристалли- тая
темноческая
серый
и др.
Гнейс
Другие
признаки
Тип метаморМинералогифизма, исходческий состав
ные породы
Цвет
Текстура
Структура
Наименование
породы
Форма отчета по лабораторной работе: требуется описать
восемь образцов (см. пример в табл. 15) и кратко охарактеризовать их строительные свойства по ГОСТ 25100–2011.
Краткий определитель метаморфических пород
Факторы метаморфизма существенно изменяют структурно-текстурные признаки и состав исходных пород. Текстура
метаморфических пород всегда компактная (практически нет
пор) и часто ориентированная (сланцеватая или полосчатая).
Ориентированные текстуры метаморфических пород возникают под действием направленного давления, перпендикулярно
которому располагаются длинные оси минералов. Реже встречаются массивные текстуры без заметной ориентировки ми­
нералов.
Краткий определитель метаморфических пород по их структурно-текстурным особенностям и основному минералогическому составу представлен в табл. 14.
Для метаморфических горных пород характерна анизотропия строительных свойств, обусловленная их текстурными
особенностями. Видоизмененные метаморфические породы,
образовавшиеся в условиях одностороннего давления, обладают сланцеватым строением, которое понижает их строительные свойства (в частности, морозостойкость и прочность
в направлении, параллельном сланцеватости), но придает им
способность относительно легко раскалываться по плоскостям сланцеватости на более-менее тонкие слои. Массивная
зернистая текстура характерна для пород, сформировавшихся при многостороннем давлении, под воздействием которого
исходная осадочная порода в результате перекристаллизации
и уплотнения стала монолитной, состоящей из тесно сросшихся кристаллических зерен. Такие породы отличаются очень
высокой плотностью по сравнению с исходными осадочными
породами.
В строительстве из метаморфических пород применяют гнейсы, глинистые сланцы, мраморы, кварциты.
Метаморфические горные породы
Практическое
применение
Лабораторная работа № 5
45
46
Различный, зависит от
примесей
Белый,
серый,
красноватый,
малиновый
Серый
до черного
Массивная, реже
сланце-ватая
Кварцит Кристалли- Обычно
ческая мел- массивная,
козернистая, реже сланиногда слит- цеватая
нокристаллическая
Роговик КристалМассивлическая
ная, пятзернистая, нистая
скрытокристаллическая
Белый,
светлосерый,
зеленоватый,
желтоватый
Мрамор Кристаллическая
мелко-,
среднеи крупнозернистая
Сланцеватая
(у талькита – массивная)
Кристаллическая чешуйчатозернистая
Цвет
Зеленоватосерый,
темнозеленый,
черный
Текстура
Структура
Рогово- Кристалли- Сланцеваобман- ческая зер- тая (у амковый нистая
фиболисланец
та – мас(амфисивная)
болит)
Тальковый
сланец
(талькит)
Наименование
породы
Другие
признаки
Практическое
применение
Кварц, био- Контактовый;
тит, полевые из глинистых
шпаты и др. осадочных
пород
Твердость
более 5.
Излом раковистый
Кварц, при- Региональный; Твердость
меси полеиз кварцевых более 5, царапает
вых шпапесчаников
стекло.
тов, гематита
Излом раковии др.
стый.
Высокопрочный,
при ударе звенит
В качестве
строительного камня,
абразивного материала, железной
руды (при
высоком содержании
железных
минералов)
Строительный камень
Региональный; Царапается ног- В бумажной,
из магматиче- тем.
резиновой
ских и глини- Жирный на ощупь и других отстых осадочраслях проных пород
мышленности, а также
при изготовлении косметических
средств
Роговая об- Региональный; Твердость
Строительманка, пла- из магматиче- более 5, царапает ный камень,
гиоклазы,
ских пород
стекло.
облицовочкварц
Излом занозиный матестый, видны бле- риал
стящие и игольчатые агрегаты
Кальцит, до- Региональный, Твердость
Строительломит, при- контактовый; менее 5, стекло не ный, облицомеси других из осадочных царапает.
вочный, деминералов
пород (извест- Вскипает с раскоративный
няков)
твором HCl
материал
Тальк, примеси кварца, хлорита,
слюды
Тип метаморМинералогифизма, исходческий состав
ные породы
Окончание табл. 14
Лабораторная работа № 5
Метаморфические горные породы
47
Лабораторная работа № 5
Таблица 15
Описание метаморфических пород
Наиме- МинералоКласс по
Условия обранования гический Структура Текстура
ГОСТ
зования
пород
состав
25100–2011
Гнейс
Кварц,
полевые
шпаты,
слюды
Зернисто- Сланце- Региональный Скальные
кристал- ватая
метаморфизм;
лическая
из гранитов
и глинистых
сланцев
Контрольные вопросы
1. Какие породы называются метаморфическими?
2. Перечислите типы метаморфизма.
3. Укажите структуры и текстуры метаморфических горных
пород.
4. Какие особенности строения метаморфических пород снижают их прочность?
5. Из какой исходной породы образовался мрамор?
6. Чем вызвана анизотропия строительных свойств метаморфических горных пород?
48
Рекомендуемая литература
1. Ананьев В. П. Инженерная геология : учебник для строит. спец.
вузов / В. П. Ананьев, А. Д. Потапов. – М. : Высш. школа, 2009. – 448 с.
2. Булах А. Г. Общая минералогия : учебник / А. Г. Булах. – 3-е изд. –
СПб. : Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2002. – 356 с.
3. Геологический словарь : в 3 т. / Гл. ред. О. В. Петров. – 3-е изд.,
перераб. и доп. – СПб. : Изд-во ВСЕГЕИ, 2010.
4. Справочник геотехника : Основания, фундаменты и подземные
сооружения / под общ. ред. В. А. Ильичева, Р. А. Мангушева. – М. :
АСВ, 2014. – 728 с.
5. СП 11-105–97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть I. Общие правила производства работ. – Введ.
1998–03–01. – М. : ПНИИИС Госстроя России, 1997.
6. СП 47.13330.2017. Инженерные изыскания для строительства.
Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 11-02–96. –
М. : Минрегион России, 2013.
49
Оглавление
Введение.......................................................................................................3
Лабораторная работа № 1. Породообразующие минералы
и их физические свойства...........................................................................4
Контрольные вопросы............................................................................16
Лабораторная работа № 2. Магматические горные породы..................17
Контрольные вопросы............................................................................23
Лабораторная работа № 3. Осадочные обломочные и глинистые
горные породы............................................................................................24
3.1. Обломочные породы........................................................................25
3.2. Глинистые породы...........................................................................30
Контрольные вопросы............................................................................35
Лабораторная работа № 4. Осадочные химические
и биохимические горные породы.............................................................36
Контрольные вопросы............................................................................39
Лабораторная работа № 5. Метаморфические горные породы.............40
Контрольные вопросы............................................................................48
Рекомендуемая литература........................................................................49
Учебное издание
Кислицын Леонид Викторович,
Заводчикова Мария Борисовна
ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ МИНЕРАЛЫ И ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
Учебно-методическое пособие
Редактор Т. В. Ананченко
Корректор М. А. Молчанова
Компьютерная верстка И. А. Яблоковой
Подписано к печати 01.11.2017. Формат 60×84 1/16. Бум. офсетная.
Усл. печ. л. 3. Тираж 100 экз. Заказ 111. «С» 79.
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет.
190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4.
Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, ул. Егорова, д. 5/8, лит. А.
50
51
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
762 Кб
Теги
miners, kislizin, porodoobraz
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа