№%20кода%201701%20Фролов%20Инж.геология%202010

-Сульфиды

-Фосфаты

-Галоиды

-Самородные элементы

-Органические соединения

Классы минералов

Класс		Группа	Минерал	Хим состав
1	Силикаты	Полевые	Плагиоклаз	Na 2O Al 2O3 6SiO2
		шпаты	Ортоклаз	K 2O Al 2O36SiO2
		Троксены	Авгит	Ca Al 2O6
		Амфибол	Роговая	Сложный состав
		ы	обманка
		Слюды	Мусковит	K 2O3 Al 2O3 6SiO2 2H 2O
			Биотит	K 2O6FeO Al 2O3
				6SiO22H 2O
		Хлориты	Оливин	2FeOSiO2
			Тальк	4SiO2 3MgO H 2O
		Глинисты	Каолинит	2H 2O Al 2O3 2 SiO2
		е	Мантмориллон	Сложный состав
		минералы	ит
2	Оксиды		Кварц	SiO2
			Магнетит	Fe3 O4
3	Гидрооксиды		Опал	SiO2 n H 2O
			Лимонит	Fe3 O3 n H 2O
4	Карбонаты		Кальцит	CaCO3
			Доломит	CaCO3 MgCO3
5	Сульфаты		Гипс	CaSO42H 2O
			Ангидрит	CaSO4
6	Сульфиды		Пирит	FeS2
7	Фосфаты		Апатит	Ca5 (F,Cl)[PO4]2
8	Галоиды		Галит	NaCl
			(каменная соль)
			Сильвин	KCl
9	Самородные		Графит	C
элементы			Алмаз	C

21

		Сера	S
		Золото	Au
10 Органические		Каменный	Cложный состав
соединения		уголь
		Асфальт
		Озокерит
		Битумы
		Дегти

Состав минералов может быть выражен химическими формулами –
эмпирическими и структурными. Эмпирические	формулы показывают

количественное соотношение элементов, входящих в состав минерала. Например, эмпирическая формула ортоклаза может иметь вид K2 Al2 Si6O16. Эта формула очень удобна для описания состава, но она не отражает характера взаимодействия связи элементов в структуре минерала. Эту же формулу можно дать в виде молекулярных соединений различных оксидов, что удобно для выражения реакций, в которых участвуют минералы. Такая формула будет называться структурной и ее можно записать в таком виде:

K2 ОAl2 О 3 6SiO2

По химическому составу принято различать две основные группы минералов(2.1):

1)Постоянного химического состава (например SiO2, FeS2). Эту группу минералов изучать достаточно просто;

2)Минералов, образующие непосредственные соединения, довольно сложные для изучения. К этим соединениям относятся минералы, имеющие различные примеси (газы, растворы, взвешенные частицы и в виде отдельных элементов, входящих в кристаллическую решетку вещества, не нарушая ее формы).

Многие минералы при одном и том же химическом составе могут иметь различную структуру и внешний облик кристаллов, текстуру, а значит и различные физические свойства. Такое свойства минералов называется полиморфизмом. Примером полиморфизма может служить углерод. В зависимости от условий кристаллизации он может образовать две полиформных разновидностей – алмаз и графит, имеющие различное расположение атомов углерода в пространстве.

Вода, входящая в состав минерала, подразделяются по прочности связи: конституционная (наиболее прочно связана с кристаллической решеткой, кристаллизационная (тоже связанная с кристаллической решеткой,

22

но менее прочно и поэтому может быть удалена при высоких температурах); циолитная (вода как бы растворенная в кристалле).

Присоединение конституционной воды означает образование особой формы минерала, а ее удаление разрушает минерал. присоединение кристаллизационной воды и ее удаление при высоких температурах заметно отражается на многих физических и химических свойствах минерала. Например, присоединяя кристаллизационную воду, ангидрит переходит в гипс. При этом увеличивается его объем до 60%. Циолитовую воду минералы могут относительно просто терять и восстанавливать, изменяя при этом некоторые свои свойства (показатель преломления, структуру).

Физические свойства минералов

Физический состав и структура минералов придают каждому из них специфические физические свойства и внешние признаки, по которым можно отличить один минерал от другого. Различают следующие внешние физические свойства минералов:

-Форма кристаллов (или морфологические особенности);

-Плотность (в строительной практике – это удельный вес твердых частиц – s);

-Твердость (степень сопротивления поверхности минерала внешнему механическому воздействию); Для оценки относительной твердости

минералов имеется специальный набор 10 минералов-эталонов различной твердости, шкала Мооса. Твердость условно обозначается баллами от 1 до 10.

1.	Тальк	6.	Ортоклаз
2.	Гипс	7.	Кварц
3.	Кальцит	8.	Топаз
4.	Флюорит	9.	Корунд
5.	Апатит	10. Алмаз

-Спайность (способность минерала раскалываться с образованием гладких поверхностей);

-Излом (характеристика поверхности разрыва или раскалывания);

-Блеск (отражение света поверхностью);

-Цвет минерала;

-Цвет черты (цвет порошка) минерала;

-Прозрачность (свойство пропускать свет);

-Оптические характеристики (присутствие различных примесей).

Плотность ps является важнейшим диагностическим свойством минерала. она определяется в лабораторных условиях. По плотности минералы делятся на три группы:

1) Легкие (плотность около 3,5 г/см3);

23

2)Тяжелые (плотность 3,5-6,0 г/см3);

3)Очень тяжелые (плотность >6,0 г/см3);

Вполевых условиях группа плотности определяется примерным определением массы «взвешиванием» в ладонях рук двух образцов (эталонного – кварц или полевой шпат, плотность которых равна 2,7-2,8 г/см3; и определяемого). Точность такого «взвешивания» - 0,1-0,2 г/см3. При таком определении группы плотности принято, что к легким формой. Различают три основные формы минералов:

1)Изометрические формы, примерно одинаково развитые во всех трех направлениях в пространстве (пирит, галит).

2)Формы, вытянутые в одном направлении (призматические, игольчатыне и др.) – кварц, асбест.

3)Формы, вытянутые в двух направлениях (плоские, листовые, чешуйчатые) – слюды, графит.

Для многих минералов	характерны такие формы,	как в виде
агрегатных скоплений, землистого облика и др.
Определения минералов	по спайности основано на том,	что при ударе

они могут раскалываться (или расщепляться) по ровным, зеркальным плоскостям ослабленных направлений кристаллической решетки. так каждый минерал имеет свою кристаллическую решетку, то количество и ориентировка спайности будет различной. Так в слюде спайность проявляется в одном направлении, в полевом шпате – в двух, в каменной соли (куб) – в трех, в флюорите – в четырех и тд. Спайность может быть весьма совершенной (минералы, легко делятся на листочки или пластинки с параллельными ровными поверхностями (слюды, графиты). При совершенной спайности минерал скалывается на обломки правильной формы, которые ограничены плоскостями спайки (галиты – обломки кубические; кальциты – обломки в виде ромбоэдров). Спайность средняя – осколки минерала ограничены как плоскостями спайности, так и направлениями поверхности скола. Несовершенная спайность – это когда большая часть поверхностей обломков минерала неправильная, а плоскости спайности наблюдаются редко в виде небольших площадок. Весьма несовершенная спайность – это когда спайность практически отсутствует.

Излом характеризует неровность поверхности откола. Различают раковистые, занозистые, землистые, зернистые, ступенчатые формы излома.

По характеру блеска минералы делятся на три группы: с металлическим (свежий излом металла) и неметаллическим (стеклянный, перламутровый, шелковистый, жирный, восковой) блеском. Если

24

поверхность минерала лишена блеска, то такой минерал называют

матовым.
Для некоторых минералов	цвет является постоянным и характерным
признаком (малахит, лазурит,	пирит). Эти	минералы	можно	сразу
распознать. Но большинство	минералов	может менять цвет		из-за

присутствия тех или иных примесей. Такая особенность минерала определяется его оптическими характеристики. Из-за этого бесцветный кварц может быть фиолетовым, молочным или черным. По этим признакам все минералы делятся на две группы:

1)Светлые (бесцветные, белые, светло-серые, желтые, розовые) – кварц, полевые шпаты, гипс, кальцит, слюда и т.д.;

2)Темные, малопрозрачные, имеющие черный, темно-зеленый,

коричневато-бурый и т. д. цвета (роговая обманка, авгит и др.) Следует иметь в виду, что цвет минерала в куске может отличаться от

цвета тонкого порошка этого же минерала. Например, гематит в куске имеет серо-стальную или черную окраску, а в порошке – красный цвет. Это свойство называют «цветом черты» и его используют при диагностике минерала.

По прозрачности минералов можно выделить три группы:

-Прозрачные (кварц, мусковит);

-Полупрозрачные (гипс, халцедон);

-Непрозрачные (пирит, графит);

Кратка характеристика наиболее распространенных породообразующих минералов

1. Силикаты.

Эта группа составляет примерно четверть всех минералов. Они являются составной частью большинства магматических и метаморфических горных пород и представляют собой сложные соединения Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K, O и H в виде различных солей кремниевых кислот.

Полевые шпаты. среди силикатов – это наиболее распространенные минералы. Они составляют до 60% массы в магматических породах, до 30% - в метаморфических и до 12% в осадочных. Они окрашены пестро: белые (альбит), серо-розовые до красных и желтоватых (ортоклаз, микроклин), зеленые (амазонит), серые до черных с зеленоватым или синеватым оттенком (лабрадор). Удельный вес их 26-27Кн/м3, твердость 6-6,5, спайность совершенная в двух направлениях, блеск - стеклянный.

25

Отличительная особенность полевых шпатов заключается в том, что под воздействием атмосферных агентов они быстро разлагаются по химическому составу, образуя новые соединения.

Роговая обманка. Удельный вес 31-33 Кн/м3, твердость 5,5-6, цвет зеленый и бурый до черного, излом занозистый. Является составной частью метаморфических и магматических пород. Как и полевые шпаты под воздействием атмосферных агентов быстро разлагается.

Слюды. Удельный вес 27-32 Кн/м3, твердость 2-3, спайность совершенная в одном направлении. Являются частью большинства метаморфических и магматических пород. Встречаются в осадочных породах.

Монтмориллонит. Мягкий, удельный вес 2Кн/м3, цвет белый с различными оттенками, блеск жирный. Осадочного происхождения. Размер минералов не превышает 1-2 мк, т.е. соответствует размеру коллоидных частиц и просматривается только в электронный микроскоп.

2.Оксиды (окислы) и гидрооксиды (гидроокислы). Эти классы объединяют около 200 минералов, что составляет около 17% всей массы земной коры. Наиболее распространены кварц, опал и лимонит.

Кварц. Это свободный кремнезем SiO2 Наиболее распространенный минерал

земной коры. Удельный вес 26,5 Кн/м3, твердость 7, спайность - совершенная, излом раковистый с маслянистым блеском. Он содержится до

25% в магматических пород. В осадочных и	метаморфических может
содержаться до 100% (песок). Может быть	бесцветным и прозрачным

(горный хрусталь), непрозрачным (молочный кварц), фиолетовым (аметист), серым (дымчатый кварц) и т.д.

3.Карбонаты. К ним относится более 80 минералов, но они широко распространены в земной коре. Это известняки, доломиты, мел, мрамор, мергель. Эти минералы– осадочного происхождения. В водонасыщенном состоянии они снижают механическую прочность, но слабо растворяются в

воде.
4.Сульфаты. В большинстве – это минерал	осадочного

происхождения. Хорошо растворяются в воде. Этот класс объединяет до 260 минералов, происхождение которых связано с водными растворами. Они характеризуются малым удельным весом, небольшой твердостью, светлой окраской. Наиболее распространены гипс и ангидрит.

5.Галоиды. Это химические осадки морей и соленых озер. Хорошо растворяются в воде (каменная соль, сильвин). Содержит около 100

26

минералов, происхождение которых связано в основном с водными растворами.

6.Сульфиды. Насчитывают до 200 минералов. Наиболее представлен пиритом (серый колчедан). Удельный вес 49-51 Кн/м3, твердость 6 – 6,5. Цвет латунно-желтый, блеск металлический, спайность совершенная, кристаллизуется в виде кубов. Он образован в результате магматических, метаморфических и осадочных процессов.

Лекция №4 Горные породы, их происхождение и формы залегания.

Горные породы. представляют собой минеральные агрегаты. Каждой породе свойственен более-менее постоянный химический и минеральный состав и структура. Кроме того определенным горным породам свойственны определенные условия залегания. Горные породы. могут состоять из одного или практически одного минерала - это мономинеральная порода (например, кварцит, который состоит только из минерала «кварц»). Однако более широко распространены полимениральные породы, состоящие из нескольких минералов. Примером такой породы может служить гранит, в состав которого входят: полевой шпат, слюда, кварц. Горные породы в отличие от минералов не имеют химических формул и оцениваются валовым химическим анализом. Пример – химический состав базальта – это окислы SiO2 – 50-52%; Al 2O3 – 10 -14%; FeO3 – 4-14%; CaO – 8-10%. Это перечень только основных элементов.

Формы залегания горных пород в земной коре можно свести к трем

основным типам:
- пластовые тела – это самая	простая и	наиболее распространенная
Форма залегания горных пород	в верхней части литосферы. Она очень
характерна для осадочных горных пород		и грунтов, встречается у

магматических, метаморфических горных пород. Пластовые залегания могут быть согласными (пласты расположены параллельно) или несогласными (секущими). В этом случае различают такие параметры залегания: падения пласта и угол падения, простирание пласта, мощность пластового тела. Нижняя поверхность, отделяющая данный пласт от литологически иного пласта, называется подошвой (почвой), верхняя – кровлей;

-жильные тела – это трещины в пластах и массивах, заполненные магматической породой. Они могут быть самой причудливой формы, различных и переменных по длине сечений, толщин, направлений. В длину жилы могут достигать десятки и сотни метров. Средняя

27

мощность их 1-3 м. Жильные тела с параллельными краями называют давками. Это залегание характерно для магматических и частично метаморфических горных пород;

-массивы – это тела неправильной формы, прерывающие толщи слоистых пород (батолиты, штоки). Они характерны для

магматических и метаморфических горных пород, но встречаются и у

некоторых	осадочных горных	пород	(каменная	соль, рифовые
известняки).
Поскольку	горные породы	являются	исходным	материалом для

формирования грунтовых массивов, необходимо остановиться на соотношении понятий горные породы, грунты

В строительной практике есть такое понятие «горные породы и грунты». Часто встречается выражение «Материковые породы», т.е. грунты естественного отложения.

Различие между горными породами и грунтами является чисто качественным.

Грунты – это горные породы, состоящие из слабо связанных между собой минеральных частиц. Поэтому они менее прочные. Однако искусственным способом из грунтов можно сделать прочные горные породы. Например, с помощью силикатизации или цементизации из песка можно получить горную породу типа «песчаник».

К грунтам относятся различные несвязные породы – валунные, гравийные, галечные и песчаные отложения, а также связные породы – глинистые отложения (супеси, суглинки, глины), торф и илистые отложения.

К грунтам относятся также т.н. скальные и полускальные породы, т.е. горные породы, но выветренные или замоченные т.е. подвергшиеся воздействию атмосферных агентов – температура, влага, ветер.

Горные породы, значит и грунты, отличаются по составу, состоянию структуре.

Состав горных пород ) определяется их минералогическим и солевым содержанием.

Состояние определяется плотностью сложения, влажностью,

характером связи минеральных частиц и т.д.

Структура это совокупность особенностей внутреннего строения породы, которое характеризуется размерами, формой и взаимоотношением

составляющих ее минеральных	частиц. Для магматических пород, для
которых характерно сочетание	минералов	и	нераскресталлизованных
остатков это стекловидная структура. Для грунтов			структура определяется

28

величиной, формой, характером поверхности минеральных частиц, наличием связей между ними и характером этих связей.

Текстура – это внешний облик породы: массивность, слоистость, т.е. характеристика сложения составляющих породу частиц.

Горные породы различаются на:

-магматические (изверженные). Это породы, образовавшиеся при остывании огненно-жидких расплавов (магма) в недрах Земли. Граниты, диабазы, порфириты, базальты и т.д.;

-осадочные. это породы, образовавшиеся при осаждении и

накоплении в различных средах (водной, воздушной) продуктов

физического,	химического и органогенного	разрушения
(выветривание)	ранее образованных горных пород;

- метаморфические. Это породы, образовавшиеся в результате преобразования ранее образованных магматических и осадочных горных пород, под воздействием различных эндогенных физикохимических процессов (температура, давление, воздействие химически активных веществ), которые приводят к образованию горных пород с новыми свойствами.

Кроме этих основных видов горных пород различают еще и пирокластические. Это породы, являющимися промежуточными между магматическими и осадочными. Они образуются при извержении вулканов, которые сопровождаются излиянием магмы, а также выбрасыванием различного материала (пепел, песок, различные сгустки). Это продукты накапливаются наподобие осадочных пород. Их влияние на формирование пространственных грунтовых массивов невелико.

	Изучением	горных пород		занимается		наука «Петрография». в
соответствии с		разделением горных			пород	по	их происхождению
(магматические, осадочные, метаморфические), петрография								делится на
три крупных раздела:
-	петрография		магматических горных пород;
-	петрография		осадочных горных пород;
-	петрография		метаморфических горных пород.
	Резкое различие генезиса, состава, строения и распределения
вещества в осадочных горных породах,						магматических			и
метаморфических			горных породах		приводит	к	разным	подходам	к
изучению происхождения этих групп горных пород							(I группа - осадочные
породы II группа - магматические					и метаморфические). Петрография

осадочных горных пород – это изучение особенностей палеогеологии того времени, когда образовался данный осадок, физико-химических

29

низкотемпературных	водных	растворов,	роли	организмов	в
осадконакоплении и т.д. Петрография			магматических		и
метаморфических горных пород		- изучение		физико-химических

высокотемпературных процессов застывания силикатных расплавов. Следует иметь в виду, что с изменением условий отложения осадка

(изменение фации) резко меняется петрографический состав		осадочных
горных пород.
2.7 Происхождение и классификация магматических горных
пород.
Магматические породы	имеют 600 различных	видов и

разновидностей. Они образуются в результате застывания расплавленной магмы. Магма это вязкий расплав, представляющий собой сложный силикатный состав, обогащенный парами воды и различными газами (кислород, водород, фтор, хлор и т.д.). При изливании магмы. на поверхность она теряет часть летучих компонентов. В этом состоянии она называется лавой. Различие процессов образования магматических горных пород из лавы и магмы в следующем. В первом случае остывание излившейся на поверхность магмы происходит сравнительно быстро при интенсивном удалении летучих компонентов. При этом образуются эффузивные породы. Во втором случае остывание магмы происходит в недрах земной коры, т.е. медленно, а образование магматических горных пород происходит с полной раскристаллизацией магмы до перехода ее в твердое состояние. Это – интрузивные породы.

Характерной особенностью химического состава, определяющей класс магматических горных пород, является содержание в них кремнезема SiO2 в свободном или связанном состоянии. По содержанию кремнезема магматические горные породы делятся на ультракислые, кислые, средние, основные и ультраосновные.

В кислых породах (группа гранита) содержание кремнзема доходит до 65-75%; в средних (группа сиенита и диорита) – 52-65%; в основных (группа

габбро) – 40-52%.
Ультракислые и ультраосновные магматические горные	породы имеют
очень ограниченное распространение и с точки зрения	инженерной

геологии не представляют интереса.

В магматических горных породах по степени их кристаллизации различают:

30