методичка

Приднестровский государственный университет им. Т. Г. Шевченко

Естественно-географический факультет Кафедра общего землеведения

Геология

Методические указания к лабораторным занятиям для студентов направления «География»

Тирасполь – 2010

УДК 55(076.5): 551.2.3(076.5)

ББК Д 38 я 73 - 5

+Д 49 2 я 73-5 Г36

Составитель: Кравченко Е. Н.

Геология. Методические указания к лабораторным занятиям по направлению подготовки «География»

Рецензенты:

А. В. Садыкин, доктор с.-х. н., профессор кафедры общего землеведения

В. П. Гребенщиков, ст. преподаватель кафедры физической географии, природопользования и методики преподавания географии

Рекомендована к кафедральному изданию Научно-методическим советом ПГУ им. Т. Г. Шевченко

Учебное пособие составлено на основе опыта преподавания геологии на естественно-географическом факультете и содержит тематический материал, являющийся частью основных разделов учебной программы курса. По каждой теме приводятся краткие теоретические сведения об основных понятиях, формулируется цель, указываются средства и порядок выполнения лабораторных работ. В тематику лабораторного практикума включены вопросы по эндогенной геодинамике: магматические провинции, типы тектонических нарушений, теория тектоники плит.

© ПГУ им. Т. Г. Шевченко Составлено Е. Н. Кравченко

2

Содержание

Введение …………………………………………………………………… стр. Часть первая. Минералы……………………………………………………

Тема 1. Морфология и свойства минералов............................................................

Лабораторная работа № 1. Изучение морфологических особенностей минералов………………………………………………………………..……. Лабораторная работа № 2. Свойства минералов. Диагностика образцов минеральных видов

……………………………………………………………

Тема 2. Классификация минералов …………………………………………..

Лабораторная работа № 3. Описание наиболее распространенных представителей классов

минералов…………………………………………........

Лабораторная работа № 4. Диагностика наиболее распространенных

минералов ................................................................................................................

Часть вторая. Горные породы …………………………………………………

Тема 3. Магматические горные породы……………….........................................

Лабораторная работа № 5. Минеральный состав и структурные особенности представителей различных групп магматических горных пород ..………… Лабораторная работа № 6. Географическое размещение магматических петрографических провинций и связанных с ними месторождений полезных ископаемых

……………………………………………………………………

Тема 4. Метаморфические горные породы ………………………………….

Лабораторная работа № 7. Определение фаций метаморфизма на основе анализа состава индекс-минералов метаморфических пород …………………

Тема 5. Осадочные породы ………………………………………………………

Лабораторная работа № 7. Определение основных представителей осадочных горных пород

…………………………………………………………………….

Часть третья. Геотектоника ……………………………………………………..

Тема 6. Формы проявления тектонических движений в горных породах …… Лабораторная работа № 9. Размещение и анализ наиболее известных тектонических нарушений Земли………..……………………………………

Тема 7. Новая глобальная тектоника………………………………………….....

Лабораторная работа № 10. Механизм движения и географические границы литосферных плит………………………………………………………………

Литература …………………………………………………………………….

3

Введение В соответствии с новым государственным стандартом требований к

результатам освоения основных образовательных программ студенты направления «География» должны обладать профессиональными компетенциями «в области фундаментальных разделов общей геологии и способностью их использовать в области общей и физической географии»

(раздел V (5.2)).

Основной целью данного пособия является формирование знаний о важнейших минералах земной коры, входящих в состав магматических,

осадочных и метаморфических пород, навыков их макроскопического определения, формирование глобального подхода к познанию закономерностей вещественного строения земной коры, размещения полезных ископаемых. В

пособии рассматриваются семь тем отдельных разделов программы курса

«Геология».

Главной целью выполнения лабораторных заданий первой и второй частей пособия является овладение диагностикой минералов и горных пород Земли. При изложении учебного материала по первой части основное внимание уделено характеристике диагностических черт, форм и свойств минералов, их происхождению и практическому значению. В соответствии с принятой классификацией в составе групп магматических горных пород рассматриваются слагающие их породообразующие и акцессорные минералы, а также полезные ископаемые, ассоциирующиеся с каждой из групп. Осадочные породы как одно из звеньев общего геологического круговорота Земли рассматриваются в составе трех генетических групп (обломочных, глинистых и хемобиогенных),

каждая из которых обладает характерным минеральным составом и структурными особенностями. Геологическое строение любого участка земной коры, которое определяется с целью поисков полезных ископаемых, либо инженерного освоения территории определяется совокупностью структурных форм залегания горных пород. В третьей части настоящего пособия рассматривается тема о формах залегания геологических тел горных пород,

складчатых и разрывных, особое внимание уделено географическому

4

положению и особенностям наиболее крупных, выраженных различными формами рельефа, складчатых и разрывных нарушений. После изложения современных представлений о внутреннем строении Земли в третьей части пособия подробно рассматривается концепция тектоники плит. Кроме процессов, происходящих на границах плит и в глубинах мантии Земли,

подробно описаны тектонические границы между плитами и обоснование их проведения. Использование в ходе выполнения лабораторных работ общегеографических и геологических карт, карт месторождений полезных ископаемых и картосхемы границ литосферных плит предполагает выработку творческого подхода к заданиям, расширения связи между курсом геологии и региональными географическими дисциплинами. Перед выполнением каждой практической работы предлагается изучить теоретический материал по каждому разделу и темам, приведенным в настоящем методическом пособии, а

также соответствующие разделы в учебниках, список которых приводится.

Работы должны быть оформлены в тетради и являются допуском к экзамену по предмету.

5

Часть первая. Минералы Более 75% всех веществ, которые человек получает от природы для

своего существования, приходятся на долю минеральных веществ, поэтому минералогия в значительной степени обеспечивает научно-технический прогресс и способствует созданию материально-технической базы современного общества. Фундаментальность минералогии как науки определяется также тем, что геологическая история в значительной степени является историей формирования минеральных комплексов – массивов горных пород (магматогенных, метаморфогенных и седиментогенных) и минеральных месторождений, слагающих толщи земной коры. Главными составными частями минеральных комплексов являются минералы, которые определяют их химические и физические особенности. Кроме того, образуясь в определенных геологических условиях, минералы документируют эти особенности. Таким образом, минерал – важный геологический документ, без которого невозможно восстановить историю Земли и понять совершающиеся в ней процессы.

Для земной коры фундаментальным является минеральный уровень организации вещества. В процессе развития минералогии понятие «минерал» претерпевало изменения и имело различные определения, сейчас большинство ученых к минералам относят только твердые кристаллические (опал,

лешательерит и янтарь являются исключением) образования естественного происхождения. Минералы в земной коре находятся в виде индивидов, которые представляют собой физически и химически индивидуализированные кристаллы и зерна. Понятие вида в минералогии является фундаментальным,

поскольку с ним связаны вопросы систематики и номенклатуры. Современное определение этого понятия звучит таким образом: к одному минеральному

виду относятся все минеральные индивиды, характеризующиеся одинаковой структурной группой, химическим составом, непрерывно изменяющимся в определенных пределах, и равновесным существованием в определенных термодинамических условиях земной коры. Число

минеральных индивидов в литосфере не поддается исчислению, количество же

минеральных видов составляет всего около 4000.

6

Тема 1. Морфология и свойства минералов С и м м е тр и я к р и с та л ло в . За редким исключением, атомы или

группы атомов минералов располагаются строго упорядоченно, с правильным чередованием, подчиняясь одному из многих математически возможных способов пространственной группировки. Это свойство, названное

кристаллической структурой минералов, является их наиболее характерной чертой. Оно влияет на форму кристаллов, на то, как минерал раскалывается при разрушении, на твердость, удельную проводимость и многие другие физические свойства. Внешним выражением этой внутренней структуры служит кристалл. Кристаллы представляют собой геометрически правильные твердые тела, ограниченные естественными плоскими поверхностями, или гранями. В их внешней форме отражена внутренняя кристаллическая структура. Частицы в кристаллах расположены закономерно наподобие узлов пространственных решеток. Реальные грани кристаллов совпадают с

плоскими сетками, густо покрытыми атомами, или, как говорят,

имеющими большую ретикулярную плотность (под ретикулярной плотностью сетки подразумевается количество узлов, приходящихся на единицу ее площади).

Понятие о пространственной решетке, окончательно установленное с помощью рентгеновских лучей, было положено в основу всей современной кристаллографии. Однако теория о решетчатом строении кристаллов была создана задолго до рентгеноанализа. Величайшие кристаллографы прошлого – О. Бравэ, Е. С. Федоров дали математическую разработку этой теории.

Применение рентгеновских лучей подтвердило опытным путем правильность

их умозрительных построений. Способность образовывать многогранники

(кристаллы) – свойство кристаллических тел. Во время роста кристаллов происходит передвижение граней по направлению от центра кристаллизации.

Рост кристаллов происходит за счет новых слоев вещества, откладывающихся так, что грани передвигаются параллельно самим себе, вследствие этого углы между любыми гранями растущего кристалла остаются постоянными. Это наблюдение является фундаментом для первого основного закона

7

кристаллографии – закона постоянства углов, впервые упоминавшимся рядом ученых: Кеплером, Гюйгенсом, Левенгуком. В 1772 г. французским минералогом Ромэ де Лиллем этот закон был сформулирован для всех кристаллов: двугранные углы между соответственными (равнозначными)

плоскостями на различных кристаллах одного вещества и одного строения должны представлять величины постоянные. Для измерения двугранных углов кристаллов пользуются специальными приборами,

называемыми гониометрами.

«Кристаллы блещут симметрией» – писал великий русский кристаллограф Федоров. Кубики поваренной соли, восьмигранники алмаза,

двенадцатигранники граната – образцы симметричных фигур. Симметричная фигура должна состоять из равных правильно повторяющихся частей. Для выявления указанной закономерности пользуются вспомогательными геометрическими образами – особыми точками, прямыми, плоскостями, с

помощью которых математически характеризуется симметрия фигур –

элементами симметрии. К ним относятся: центр симметрии, ось симметрии,

плоскость симметрии. Если рассечь кристалла галита на две половины,

проведенная плоскость разделит кристалл на симметричные части. Такая плоскость называется плоскостью симметрии. В различных кристаллах можно провести разное количество плоскостей симметрии. Например, в кубе – девять плоскостей симметрии, в гексагональной или шестигранной призме – семь плоскостей симметрии. Плоскость симметрии обозначается заглавной буквой латинского алфавита Р, а коэффициент, стоящий перед ней, показывает количество плоскостей в многограннике. Ось симметрии кристаллического многогранника – это линия, при вращении вокруг которой правильно повторяются одинаковые элементы ограничения и проявляются одинаковые свойства кристалла. Обозначается ось заглавной буквой L. Если при повороте на 360º многогранник совмещается со своим исходным положением дважды,

имеют дело с осью симметрии второго порядка, при четырех и шестикратном совмещениях – соответственно с осями четвертого и шестого порядков.

Коэффициент, стоящий перед символом оси симметрии, показывает количество

8

осей симметрии того или иного порядка. Так в кубе три оси симметрии четвертого порядка – через середины противоположных граней, четыре оси третьего порядка – через противоположные вершины трехгранных углов и шесть осей второго порядка – через середины противоположных ребер.

Вкристаллических многогранниках кроме плоскостей и осей симметрии может быть также и центр симметрии – точка, лежащая внутри кристалла, в диаметрально противоположных направлениях от которой располагаются одинаковые элементы ограничения и проявляются одинаковые свойства многогранника. Обозначается буквой С латинского алфавита.

Вкристаллах элементы симметрии находятся во взаимосвязи. Из-за того, что одни элементы зависят от других, взаимные сочетания их весьма ограничены. Установлено, что возможны только 32 комбинации различных группировок, или 32 кристаллографических класса, или вида симметрии, ачала были выделены чисто теоретически в 1831 г. Гесселем, а затем независимо от него русским академиком Гадолиным в 1867 г. В каждый вид симметрии объединяются кристаллы на основании совокупности элементов симметрии.

Вид симметрии – это полная совокупность его элементов симметрии.

Кристаллографические классы, или виды симметрии, объединяются в более крупные группировки, называемые системами или сингониями. В каждую сингонию входят кристаллы, у которых отмечается одинаковое расположение кристаллографических осей и одинаковые элементы симметрии. Высшая категория – кубическая сингония объединяет наиболее симметричные кристаллы. Кристаллы кубическй сингонии имеют одинаковую скорость роста в трех направлениях, перпендикулярных между собой. Это обусловливает их изометрический облик и исключает в этих кристаллах возможность ленточных или слоистых структур. Наиболее обычные формы: куб, октаэдр,

ромбододекаэдр, тетрагонтриоктаэдр, пентагондодекаэдр и их комбинации

(рис. 1). Медь, серебро, золото, алмаз, галит, пирит, галенит, сфалерит,

магнетит, флюорит, гранаты. В кристаллах средней категории преобладают ленточные или слоистые структуры. В структуре таких кристаллов есть одно единичныое направление, с которым совпадает ось симметрии высшего

9

порядка (выше второго). Кристаллы могут либо разрастаться по единичному направлению (при наибольшем значении химической связи), приобретая призматический или игольчатый облик, либо приобретают таблитчатый или листоватый облик (при небольшом значении химической связи в данном направлении). Тетрагональная – имеет одну ось четвертого порядка. Формы кристаллов данной сингонии – тетрагональные призмы, пирамиды,

бипирамиды и их комбинации. Рутил, анатаз, касситерит, халькопирит,

циркон и др. В результате сходства геометрических констант тригональной и гексагональной сингоний, частные формы в этих сингониях одинаковы.

Гексагональная – наличие одной оси симметрии шестого порядка. Это гексагональные призмы, пирамиды, дипирамиды. Апатит, нефелин, берилл и

др. Тригональная характеризуется одной осью третьего порядка. Формы кристаллов – призмы, пирамиды, дипирамиды, их комбинации и др. Кварц,

кальцит, гематит, корунд и др. В кристаллах низшей категории совсем отсутствуют оси симметрии высшего наименования и могут присутствовать только оси второго порядка. Ромбическая – имеет несколько осей второго порядка или несколько плоскостей симметрии. Характерные формы – ромбический тетраэдр, ромбическая призма, ромбическая пирамида и ромбическая дипирамида. В ромбической сингонии кристаллизуется барит,

топаз, марказит, антимонит и др. Моноклинная сингония – характеризуется наличием одной оси второго порядка или одной плоскостью симметрии.

Формы кристаллов - ромбическая призма и сочетание простых форм:

пинакоидов, моноэдров. Характерные минералы моноклинной сингонии:

ортоклаз, слюды, гипс, роговая обманка, пироксены и др. минералы.

Триклинная – к ней относятся наиболее несимметричные кристаллы,

лишенные совсем элементов симметрии или имеющие лишь центр симметрии С. В триклинной сингонии кристаллизуются плагиоклазы, дистен и др.

минералы.

В результате работы, проведенной Е. С. Федоровым по изучению природных кристаллов, были выявлены интересные закономерности,

10