Классификация минералов. Изучение основных породообразующих минералов

Цель работы: используя классификацию минералов, навыки по определению физических свойств научиться определять породообразующие минералы.

Оборудование и материалы: фарфоровые и стеклянные пластинки, шкала Мооса, 10 % раствор соляной кислоты, коллекция минералов.

Задание: определить физические свойства, название и описать предлагаемые минералы.

Минералы можно классифицировать по различным признакам: по происхождению, по кристаллографическим особенностям, по химическому составу и т. д. Наиболее распространена классификация минералов, в основу которой положен их химический состав. Все известные минералы разделены на ряд классов: самородные элементы, сернистые соединения, галоиды, окислы, карбонаты, сульфаты, вольфраматы, силикаты, органические соединения. Минералы класса силикатов являются породообразующими для магматических и метаморфических пород.

Минералы слагающие основную массу горных пород называются породообразующими. К породообразующим минералам относится несколько десятков минералов. Самыми распространёнными из них являются: кварц, полевые шпаты (ортоклаз, микроклин, альбит, нефелин, лабрадорит), слюды (мусковит, биотит), пироксены (авгит, роговая обманка).

Группа минералов, носящих общее название полевые шпаты, состоит из калиево-натриевых (щелочных) полевых шпатов (ортоклаз, натриевый ортоклаз, микроклин, анортоклаз, санодин, адуляр) и натрово-кальциевых (плагиоклазы) полевых шпатов альбит”Аb”, олигоклаз, андезин, лабрадор, битовнит, анортит”An”). Кислотность (содержание SiO₄) у плагиоклазов убывает от Ab к An. Плагиоклазы, являясь изоморфными смесями альбита и анортита составляют от 60 и более процентов минералов образующих магматические горные породы и таким образом определяют их химический состав, это в свою очередь позволяет классифицировать их на кислые, средние, основные, ультроосновные и щелочные.

Примеры описания

Кварц (SiО₂) по химическому составу относится к безводным окислам, а также к силикатам. Блеск стеклянный, в изломе жирноватый. Твердость – 7 (оставляет царапину на стекле). Цвет кварца может быть различным в зависимости от химических примесей (белым, дымчатым, желтым, розовым, фиолетовым, черным). Черты не дает. Спайность отсутствует. Излом неровный. Грани кристаллов покрыты поперечной штриховкой. Сингония гексагональная.

Альбит Na[AlSi₃O₈] (натровый плагиоклаз) относится к группе полевых шпатов класса силикатов. Блеск стеклянный. Твердость – 6 (оставляет царапину на стекле). Цвет белый, может быть розоватым. Черты не дает. Спайность совершенная. Излом неровный, ступенчатый. Сингония триклинная. При выветривании относительно устойчив, менее чем кварц. Входит как главный породообразующий минерал в состав ряда магматических (граниты, липариты, гранодиориты), осадочных (пески, песчаники) и метаморфических (гнейсы) пород.

 

Таблица 2.1

Классификация минералов

Класс	Название минерала	Хим. состав	Твер- дость	Блеск	Цвет	Цвет черты	Излом и спайность	Удел. вес
Самородные элементы	Графит	С		полуметаллический, жирный	стально-серый до черного	блестящая	мелкозернистый, совершенная	2,2
Медь	Cu		металлический	медно-красный	медно-красная	несовершенная	8,5-9
Сера	S	1,5	жирный, просвечивает	желтый	слабая, светло- желтая	раковистый, несовершенная
Сульфиды	Пирит	FeS2	6-6,5	металлический	золотистый	зеленовато-серая	неровный, несовершенная	4,9-5,2

Продолжение таблицы 2.1

Класс	Название минерала	Хим. состав	Твер- дость	Блеск	Цвет	Цвет черты	Излом и спайность	Удел. вес
С у л ь ф и д ы	Халькопирит	CuFS2	3,5-4	металлический	латунно-зеленый	зеленовато-черная	раковистый, неровный, несовершенная	4,1-4,3
Марказит	FeS2	6-6,5	металлический тусклый	зеленовато золотистый	зеленовато-черная	неровный, несовершенная	4,5-4,9
Галенит	PbS	2,5-3	сильный металлический	синевато-серый	серая, черноватая	совершенная	7,2-7,6
Молибденит	MoS2	1-1,5	металлический	свинцово-серый	серая	совершенная	4,7-5,0
Киноварь	HgS	2-2,5	алмазный	красный, богряный	кроваво-красный	неровный, совершенная	8,1-8,6
О к и с л ы	Кварц	SiO2		жирный на изломе	белый, бесцветный	не дает черты	раковистый, нет спайности	2,6
Магнетит	Fe3O4	5.5-6.5	металлический	железо-черный	черная	в крсталлах, несовершенная	4,9-5,2
Гематит	Fe2O3	6,5	полуметаллический	железно-черный, серый	вишне- вокрас-ная	разламывается на чешуйки, отсутствует	4,9-5,3
Лимонит	Fe2O3 *nH2O	5-1	матовый, полуметаллический	ржаво-желтый	ржаво-желтая	землистый	3,6-4
Корунд	Al2O3		стеклянный	синий, серый	черты не дает	неровный, несовершенная	3,9-4
Опал	SiO2 2H2O	5,5-6,5	восковой, жирный	белый, коричневатый, синий	белая	раковистый, неровный, отсутствует	1,9-2,5
Галоиды	Галит	NaCl	2.5	стеклянный, жирный	белый, бесцветный	белая	совершенная	2,1
Сильвин	KCl	1,5-2	стеклянный	белый, темно-красный	белая	совершенная	1,9

Класс	Название минерала	Хим. состав	Твер- дость	Блеск	Цвет	Цвет черты	Излом и спайность	Удел. вес
К а р б о н а т ы	Кальцит	CaCO3		стеклянный	прозрачный	белая	совершенная	2,7
Сидерит	FeCO3	3,5	стеклянный, перламутровый	серый, бурый	белая или желтоватая	совершенная	3,7-3,9
Магнезит	MgCO3	4-4,5	стеклянный, матовый	бледно-желтый, серый	белая	ровный, совершенная	2,9-3,1
Доломит	CaMg (CO3)2	3,5-4	стеклянный	белый, желтый	белая	совершенная	2,8-2,9
С у л ь ф а ты	Гипс	CaSO4*2H2O		стеклянный	бесцветный серый	белая	занозистый, совершенная	2,3
Ангидрит	CaSO4	3-3.5	стеклянный	белый, голубой	белая	зернистый, совершенная	2,8-3
Ф о с ф а т ы	Апатит	Ca5 (PO4)3		стеклянный, жирный	бесцвет. зеленый	белая	раковистый, несовершенная	3,2
Фосфорит	Ca5 (PO4)3F и Ca5 (PO4)3Cl		матовый	бледно-желтый	серая, слабая	спайность отсутствует	3,2
С и л и к а т ы	Кварц	SiO2		жирный на изломе	белый, бесцветный	не дает черты	раковистый,	2,6
Авгит	Сa(Mg, Fe,Al2) [(Si,Al)2 O6]	6,5	стеклянный	зеленый, черный	светлая, зеленая	неровный, совершенная	3,3-3,6
Роговая обманка	Группа амфиболов	5,5-6	стеклянный, полуметаллический	черно-зеленый, черный	серая, зеленоватая	шероховатый, совершенная	3,1-3
Тальк	Mg3 (OH)2 [Si4O10]		жирный,	белый, голубой	белая	весьма совершенная	2,7
Каолинит	Al4[Si4 O10] *[OH]8		матовый	белый с голубовато-зеленоватый	белая	землистый, хорошая	2,58-6
Монтмориллонит	m [Mg3 (Si4O4 O10)…nH2O	1-2	матовый	серо-белый, голубоватый	белая	землистый, хорошая	1,2-2,7
	Окончание табл.2.1
Класс	Название минерала	Хим. состав	Твер- дость	Блеск	Цвет	Цвет черты	Излом и спайность	Удел. вес
С и л и к а т ы	Биотит	K(Mg, Fe)3[Al Si3O10] (OH,F)2	2,5-3	стеклянный, металловидный	темно-бурый, черный	белая	Ошибка! Ошибка связи.
Мусковит	KAl2[AlSi3O10] (OH)2	2-3	стеклянный, перламутровый	серый, белый, светло-желтый	белая	расщепляется на листочки, весьма совершенная	2,7-3,1
Ортоклаз	K[Al Si3O8]		стеклянный	белый, кремовый	белая	неровный, ступенчатый, хорошая	2,6
Микроклин	K[AlSi3O8]		стеклянный, перламутровый	серовато-желтый, красный	белая	Ошибка! Ошибка связи.	2,5
Лабрадор	Изоморфные смеси альбит+ анортит		стеклянный, жирный, перламутровый	серый, бурый, синий	белая	неровный, ступенчатый, хорошая	2,7
Альбит * ]	Na[AlSi3O8Триклинная		стеклянный	белый	белая	неровный, ступенчатый, хорошая	2,6
Актинолит	Сa(Mg, Fe) (OH)2 [Si4 O11]	5,5-6	стеклянный	зелёный разных оттенков	белая	занозистый

Лабораторная работа № 3.

ДИАГНОСТИКА ГОРНЫХ ПОРОД

Цель работы: научиться определять минеральный состав, генетическую принадлежность (группу, класс) горных пород по структурно-текстурным характеристикам.

Оборудование и материалы: фарфоровые и стеклянные пластинки, шкала Мооса, коллекция горных пород.

 

Задание: определить генетическую принадлежность и дать наименование образцам горных пород.

Горными породами называются естественные ассоциации минералов, возникшие в земной коре в результате физико-географических процессов.

Все основные характеристики горных пород (форма залегания, вещественный состав, внутреннее строение) определяются их происхождением и преобразованием. По условиям и способу образования все горные породы делятся на три большие группы магматические, осадочные и метаморфические (см. лекции).

Методика определения горных пород

При определении горных пород по внешним признакам необходимо обращать внимание в первую очередь на их строение.

Внутреннее строение горной породы характеризуется структурой и текстурой. Под структурой понимают особенность внутреннего строения горной породы, связанную со степенью ее кристалличности, абсолютными и относительными размерами минеральных зерен или обломков, слагающих породу, их формой и взаимоотношениями; текстура породы – это особенность внешнего ее строения, определяемая характером размещения минеральных зерен, их ориентировкой и окраской. Так, если изверженная горная порода нацело сложена примерно одинаковыми по размерам минеральными зернами, но минералы распределены неравномерно, так что темно-цветные минералы образуют отдельные скопления, в таких случаях структуру называют полнокристаллической и равномернозернистой, а текстуру – пятнистой.

Для горных пород характерны следующие типы строения:

1. Зернистое строение. Минералы, слагающие горные породы, ясно различимы без помощи лупы (рис. 3.1). По крупности зерен различают: крупно-, средне-, мелко- и тонкозернистые породы. Зернистые породы могут иметь равномерно-зернистое или неравномерно-зернистое (порфировидное) строение (рис. 3.2), когда на сплошном зернистом фоне встречаются относительно крупные зерна отдельных минералов.

Рис. 3.1. Зернистое строение

Рис. 3.2. Неравномернозернистое (порфировидное) строение (гранит-рапакиви)

Рис. 3.3. Порфировое строение (порфирит)

2. Строение порфировое. На плотном фоне разбросаны вкрапления более или менее крупных минералов (рис. 2.3). Пример: порфирит.

3. Строение обломочное. Обломки различной величины, формы, цвета сцементированы плотной массой (рис. 2.4, 2.5). Примеры: конгломерат, брекчия, песчаник.

4. Строение плотное – зерна неразличимы невооруженным глазом. Пример: яшма.

Рис. 3.4. Обломочное строение (конгломерат)

Рис. 3.5. Обломочное строение (брекчия)

5. Строение землистое. Породы внешним видом напоминают рыхлую почву. Легко растираются между пальцами. Примеры: мел, глина.

6. Строение пористое. Ясно выражены поры, породы лёгкие. Пример: пемза.

7. Строение полосчатое. Характеризуется полосчатым расположением составных частей породы, что проявляется в чередовании полос различного состава (рис. 3.6). Пример: гнейс.

Рис. 3.6. Полосчатое строение (гнейс)

Рис. 3.7. Известняк-ракушечник

8. Строение сланцеватое. Материал однородного состава имеет рассланцовку. Примеры: глинистый, слюдистый сланцы.

9. Строение волокнистое, игольчатое. Пример: асбест.

10. Порода состоит из раковин морских животных. Пример: известняк-ракушечник (рис. 3.7), фузулиновый известняк (рис.3.8), нуммулитовый известняк (рис. 3.9).

11. Несцементированные обломки. Обломки различной величины, формы, цвета находятся в несцементированном, сыпучем виде. Примеры: галечник, гравий, песок.

 

Рис. 3.8. Фузулиновый известняк

Рис. 3.9. Нуммулитовый известняк

 

После того как установлено строение породы, необходимо обратить внимание на её твёрдость, которая обусловлена твёрдостью минералов, входящих в состав пород. Так, например, гипс мягкий, кварцит, в состав которого входит кварц, твёрдый и т. д.

Затем обратить внимание на минералогический состав горных пород. Для каждой горной породы характерна определенная группа основных минералов, присутствие которых в данной породе является обязательным. Отсутствие хотя бы одного из основных минералов приводит к изменению названия породы.

При определении горных пород по внешним признакам следует обратить внимание на окраску породы, так как окраска в известной мере указывает на минералогический состав. Различают породы, имеющие светлую окраску, и породы тёмной окраски. К светлым относятся: белая, светло-серая, желтоватая, розовая, красноватая. Тёмные окраски: серая, тёмно-серая, зеленовато-серая, тёмно-зелёная, чёрная.

По удельному весу породы различают: лёгкие (пемза), породы среднего веса (граниты), тяжёлые (базальты).

Рекомендации при определении горных пород

При определении названия магматической породы, следует ориентироваться на их главные отличительные признаки. Это, прежде всего текстура и структура, которые дают возможность решить вопрос о принадлежности породы к интрузивным или эффузивным (жильным) образованиям. Следует помнить, что все глубинные (интрузивные) горные породы имеют зернистое строение. Излившиеся (эффузивные) магматические горные породы имеют следующие типы структур: порфировая, плотная, стекловатая, пористая, обломочно-пористая.

При определении минерального состава главным является цветное число, количество кварца, калиевого полевого шпата и фельдшпатидов. Цветное число, так же как и количество кварца, достаточно надежно определяет принадлежность породы к той или иной группе по содержанию кремнезема. Следует помнить, что кислые породы лейкократовые, с большим количеством кварца; у средних пород преобладает серая окраска (среднее цветное число 20), кварца мало или нет совсем.

Основные и ультраосновные породы, как правило, не содержат кварца, цветное число основных пород достаточно велико, и для них свойственна окраска с преобладанием темно-серых тонов (лабрадор, полевой шпат основных пород окрашен в темно-серый цвет).

Ультраосновные породы обычно окрашены в цвета, близкие к черным или темно-зеленым и практически не содержат светлоокрашенных минералов.

Осадочные горные породы – это породы, образовавшиеся на поверхности Земли (в экзогенных условиях) в результате накопления различных минеральных веществ на дне морей, океанов, в озерах, реках, болотах и на суше. В группу осадочных горных пород условно включены и остаточные (элювиальные) породы, возникшие в результате разложения материнских образований при выветривании и выносе из них химически подвижных элементов. Исходным материалом при формировании описываемых пород являются минеральные вещества, образовавшиеся за счет разрушения (выветривания) других, существовавших ранее минералов и горных пород магматического, метаморфического или осадочного происхождения. Осадочные породы, понимаемые в широком смысле, в зависимости от условий образования и от факторов, способствовавших накоплению минерального вещества, можно подразделить на генетические группы по следующей схеме: обломочные (вторичные, кластические) породы, химические осадки, породы органического происхождения.

Обломочные. По величине обломков среди осадочных пород выделяют следующие группы, которые далее подразделяются на: грубообломочные (псефитовые) с частицами более 2 мм в поперечнике; песчаные (псаммитовые) с частицами от 2 до 0,1 мм; пылеватые (алевритовые) с частицами от 0,1 до 0,01 мм; глинистые (пелитовые) с частицами менее 0,01 мм.

По форме обломков различают породы, в которых частицы могут быть: угловатыми (неокатанными), округло-угловатыми (полуокатанными), округло-полированными (окатанными).

По величине зерен среди песчаных пород выделяют грубозернистые (2–1 мм), крупнозернистые (1–0,5 мм), среднезернистые (0,5–0,25 мм), мелкозернистые (0,25–0,1 мм). Для пород химического и органогенного происхождения структуры различают по тем же признакам (размерам кристаллов или зерен), а также по составу органических остатков, слагающих породу.

В зависимости от соотношения зерен выделяют структуры: равно- и разнозернистые; оолитовые, в которых зерна имеют форму округлых стяжений различного размера (величиной до 1–2 мм); листоватые, при которых породы имеют листовато-слоистое сложение; игольчатые и волокнистые, зависящие от формы и величины слагающих их минералов; брекчиевидные, при которых порода состоит из крепко спаянных между собой остроугольных обломков.

По характеру взаимного расположения частиц в осадочных породах выделяются следующие текстуры: беспорядочная, при которой слагающий породу материал расположен хаотично, эта текстура характерна для морены, брекчии, грубообломочного конгломерата и т. п.; слоистая (описание см. ниже); листоватая, при которой порода разделяется на тончайшие пропластки в связи с частой сменой зерен различного размера по слоистости; черепитчатая – разновидность листоватой, характер зерен изменяется таким образом, что они легко разделяются на тонкие, мелкие таблички, частично черепитчато перекрывающие друг друга; полосчатая, при которой поверхности слоистости почти параллельно или волнообразно изгибаются и выклиниваются.

Слоистость. Осадочные породы представляют собой слоистое образование, которое формируется в морских и пресных водоемах или на поверхности суши. Накапливающийся при этом материал изменяется в вертикальном разрезе как по минеральному составу, что влечет за собой изменение окраски породы, так и по величине зерен. Отметим лишь основные разновидности слоистости. Если накопления осадков происходит в спокойной обстановке, образуется параллельная, или горизонтальная, слоистость (рис. 3.10, II). Если же отложение осадков происходит в обстановке воздушных или водных течений, то образуется косая или перекрестная волнистая слоистость (рис. 3.10, I, III). Диагональная слоистость представляет собой слойки с противоположным направлением их наклона (рис. 3.10, IV).

 

 

Рис. 3.10. Виды слоистости осадочных горных пород

По форме обломки подразделяются на окатанные и неокатанные.

К окатанным относятся обломки, имеющие хорошо округленные, часто даже совсем сглаженные ребра. Неокатанные обломки всегда остроугольны и не несут следов обработки. Окатанность материала указывает на достаточно длительное время и длинный путь переноса обломков oт места разрушения до места накопления; неокатанность же, наоборот, – на кратковременность и незначительное расстояние переноса. Все окатанные псефиты, скрепленные цементом, независимо от состава галек и цемента называются конгломератами (рис. 3.11, а), а сцементированные псефиты, состоящие из неокатанных обломков, – брекчиями (рис. 3.11, б).

Следует указать, что если конгломераты являются породой осадочной, то среди брекчий выделяют несколько типов различного происхождения. К осадочным относятся брекчии, в которых остроугольные обломки разного состава сцементированы, так же как и конгломераты, однородным цементом. Брекчии, в которых обломки разной величины обычно имеют однородный состав с цементом, являются результатом оползневых процессов. Тектонические же брекчии состоят из обломков разного состава и скреплены неоднородным в разных частях породы цементом.

Рис. 3.11. Конгломераты и брекчии

Метаморфические горные породы возникают в глубоких зонах земной коры путем коренного преобразования магматических, осадочных и ранее существовавших метаморфических горных пород под влиянием высоких температур и давлений, в результате которого, не переходя в расплав, эти породы теряют первоначальный облик и приобретают новые особенности вещественного состава и внутреннего строения.

Главнейшие отличия метаморфических пород от магматических и осадочных заключаются в их минеральном составе, а также в их структурных и текстурных особенностях. Метаморфические породы состоят лишь из минералов, устойчивых в условиях высоких температур и давления. К ним относится большинство минералов магматических пород: кварц, альбит и другие плагиоклазы, калиевый полевой шпат (микроклин), мусковит, биотит, роговая обманка, пироксен (авгит), магнетит, гематит, а также один из минералов осадочных пород – кальцит. Кроме того, в метаморфических породах распространены минералы, характерные только для них, – серицит, хлорит, тальк, серпентин, гранат, графит и др.

Большинство метаморфических пород имеют сланцеватое, полосчатое, но не слоистое строение, поэтому часто метаморфические породы называют кристаллическими сланцами, например, гнейсы, слюдяные сланцы, хлоритовые, тальковые сланцы, филлиты и др.Некоторые метаморфические породы имеют зернистое строение (мрамор, кварцит). Имеются также слабометаморфизованные скрытокристаллические породы и переходные разности, содержащие участки первичных пород некристаллического строения. Остаточные структуры первичных пород называются реликтовыми.

Текстурные особенности относятся к важнейшим отличительным признакам метаморфических пород. По взаимному расположению и типам зерен выделяются следующие текстуры: сланцеватая; гнейсовая - с параллельным расположением чешуйчатых или таблитчатых минералов; полосчатая; очковая – с рассеянными в породе более крупными овальными зернами или агрегатами; плойчатая – в случае присутствия в породе очень мелких складок; беспорядочная – с неориентированным расположением зерен обычно округло-неправильной формы; массивная – с прочным сложением породы при плотном, связном соединении минеральных зерен; текстура породы может быть при этом полосчатая, беспорядочная или гнейсовая.

 

Лабораторная работа № 4.