1 курс / 2 семестр / Геология / Практикум 'Геология'

Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «Барановичский государственный университет»

Кафедра естественнонаучных дисциплин

ГЕОЛОГИЯ

Практическое руководство к лабораторным и практическим занятиям

для студентов специальности

1-33 01 02 «Геоэкология»

2014

1

УДК 551.43(476) ББК 26.8

Г81

А в т о р – с о с т а в и т е л ь А.И. Базык

Рекомендовано Ученым Советом факультета педагогики и психологии

__ _____ 20___ г., протокол №___

Рецензенты:

профессор кафедры динамической геологии географического факультета

Белорусского государственного университета доктор геолого-минералогических наук, профессор А.Ф. Санько

профессор кафедры географии Беларуси географического факультета

Брестского государственного университета имени А.С. Пушкина доктор геологоминералогических наук, профессор М.А. Богдасаров

Геология: Практическое руководство к лабораторным и практическим занятиям для студентов спец. 1-33 01 02 «Геоэкология» / авт.-сост. А.И. Базык. – Барановичи : БарГУ, 2014. – 113 с., приложения … с.

Практикум содержит методические разработки по выполнению лабораторных и практических работ, которые сопровождаются необходимой количественной и качественной информацией, схемами, таблицами, образцами карт, геологических разрезов, описания скважин и др.

Предназначен для студентов дневной и заочной формы получения образования по специальности 1-33 01 02 «Геоэкология»

УДК 551.43(476) ББК 26.8 Г81 БарГУ, 2014

2

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ	4
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ	5
Лабораторная работа №1 Основы кристаллографии. Определение элементов	5 – 14
симметрии, сингонии и простых форм
Лабораторная работа №2 Основы минералогии. Определение физических	15	– 24
свойств минералов. Описание минералов по систематическим коллекциям
Лабораторная работа №3-4 Основы петрографии. Изучение горных пород по	24	– 30
систематическим коллекциям
Лабораторная работа №5 Фации, генетические типы и формации отложений	30	- 51
Лабораторная работа №6 Элементы залегания пластов	51	– 58
Лабораторная работа №7 Формы залегания горных пород	58	– 67
Лабораторная работа №8 Геохронологическая и стратиграфическая шкалы	67	– 72
Лабораторная работа №9 Основы исторической геологии. Эволюция	72	– 77
органического мира
Лабораторная работа №10 Геологические карты и разрезы	77	– 80
Лабораторная работа №11 Построение геологического разреза и	81	– 83
стратиграфической колонки к участку геологической карты
Лабораторная работа №12 Кристаллический фундамент территории Беларуси	84	– 85
Лабораторная работа №13 Платформенный чехол территории Беларуси	85	– 847
Лабораторная работа № 14 Геологическое строение Припятского прогиба	87	–88
ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ	89
Практическая работа №1 Строение, состав и распространение главных типов	89	– 95
земной коры
Практическая работа № 2 Структурные элементы земной коры	96	– 105
СЕМИНАРСКИЕ ЗАНЯТИЯ	106
Семинарское занятие №1 Процессы постседиментационного преобразования	106
осадков
Семинарские занятие №2 Строение и развитие главных структурных единиц	107
литосферы
Семинарское занятие №3 Четвертичные оледенения. Факторы ледниковой	108 – 110
седиментации и ледниковые формы рельефа
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА	111 – 112

3

ВВЕДЕНИЕ

Учебный курс «Геология» является одним из основополагающих курсов в естественнонаучном образовании. Это первая фундаментальная дисциплина цикла наук о Земле, который изучают студенты специальности 1-33 01 02 «Геоэкология».

Важная составляющая часть курса «Геология» - лабораторные и практические занятия, на которых студенты: 1) знакомятся с начальными сведениями по минералогии и кристаллографии (свойствах минералов, их формах нахождения в природе, методах определения, их классификации), петрографии (свойствами наиболее распространенных магматических, осадочных и метаморфических горных пород); 2) изучают элементы залегания горных пород и способы их определения, приемы работы с горным компасом;3) изучают историю развития Земли и органического мира, знакомятся со стратиграфической и геохронологической шкалами; 4) получают представление о деформированных слоях (складках, разрывных нарушениях) и их сочетаний, типах несогласий; 5) изучают способы построения профилей по геологическим картам; 6) изучают условия образования осадочных горных пород, проводят био- и литофациальный анализ по штуфам горных пород; 7) рассматривают основные закономерности геологического строения, развития и полезных ископаемых территории Беларуси и др.

Вметодических указаниях приводится порядок выполнения лабораторных и практических работ, излагаются требования к оформлению их результатов. Каждая работа сопровождается теоретической частью и приложениями, ее дополняющими. Прилагаются схемы, карты и описания разрезов скважин, графические изображения в виде фотографий образцов горных пород, фотографий геологических объектов, отображающих разные стадии литогенеза в зависимости от климата, тектонической обстановки и постседиментационных преобразований, основанные на оригинальных источниках и адаптированные к учебному процессу.

Всписке литературы указаны основные источники, которые могут быть использованы студентами для углубленной и самостоятельной работы.

При проведении лабораторных и практических занятий используется реальный геологический материал, эталонные и рабочие коллекции. Выработка навыков построения карт, литологических колонок и геологических профилей производится на фактическом материале реально существующих геологических разрезов, описания которых адаптированы к восприятию студентами-геоэкологами первого курса обучения. Знакомство с минералами, горными породами, палеонтологическими остатками, полезными ископаемыми иллюстрируется геологически привязанными образцами.

При изучении основного учебного материала используются научные монографии (список литературы), справочники, определители, эталонные, рабочие и виртуальные коллекции минералов, горных пород и фоссилий, имеющиеся в кабинете геологии кафедры естественнонаучных дисциплин. Литературные источники предоставляются студентам в печатном виде и на электронных носителях.

На аудиторные лабораторные и практические занятия (в том числе и полевые) приходится свыше 70% образовательного времени. Благодаря этому студенты имеют возможность не только на практике изучить основные закономерности геологического строения и развитие Земли, но и приобретают навыки исследования литосферы.

Программой на лабораторный практикум по геологии отводится 38 аудиторных часов, из них на лабораторные работы – 28 часов, практические и семинарские занятия – 10 часов. Лабораторные занятия проводятся малыми группами (подгруппами) по 10-15 человек. Каждое занятие начинается с блиц-опроса, цель которого заключается в подготовке студентов к предстоящей работе. В конце занятий студенты получают творческие задания для самостоятельной работы. Результаты блиц-опросов и творческих заданий входят в состав накопительной рейтинговой оценки.

4

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

Лабораторная работа №1 Основы кристаллографии. Определение элементов симметрии, сингонии и простых форм

Цель: изучение морфологии и элементов симметрии кристаллов.

Оборудование:

-модели кристаллов минералов;

-модели пространственных решеток кристаллов минералов;

-виртуальные модели пространственных решеток кристаллов;

-коллекция кристаллов минералов;

-виртуальная коллекция кристаллов. Приложения I (А - В)

В ходе работы над темой «Кристаллография» студенты должны усвоить следующие

знания и понятия о геометрической кристаллографии, являющейся базисом для изучения минералогии, петрографии:

-Сущность понятия «кристалл». Основные характеристики кристаллического вещества: однородность, анизотропия, способность самоограняться, симметрия;

-Морфология кристаллов. Элементы ограничения кристаллов: грани(m), ребра (a), углы (c) и их символы. Количественная зависимость элементов ограничения кристаллов

(m + c = a + 2);

-Элементы симметрии кристаллов: оси (L), плоскости (Р), центр (С) и их символы. Понятие о сингониях и категории симметрии. Кристаллографические формулы. Понятие об изоморфизме и полиморфизме.

Умения и навыки, которые студент должен получить в результате выполнения лабораторной работы:

-определение элементов ограничения кристаллов;

-определение элементов симметрии кристаллов;

-определение формулы симметрии кристаллов, сингонии и категории симметрии кристаллов.

Порядок работы

1.Совместная работа с преподавателем.

1.1.Определение элементов ограничения и симметрии кристаллов. Составление кристаллографических формул, определение категорий сингоний, комбинации простых форм (используются 2-3 модели кристаллов, модели пространственных решеток кристаллов, виртуальные модели кристаллов).

2.Самостоятельная работа студентов

2.1.Зарисовать модель кристалла.

2.2.Определить оси симметрии и записать их в порядке L6, L4, L3, L2. Показать выходы осей на рисунке.

2.3.Определить плоскости симметрии Р и записать их, показать их расположение на рисунке.

2.4.Определить наличие центра симметрии и, если она есть, записать.

2.5.Записать кристаллографическую формулу.

2.6.По элементам симметрии, пользуясь таблицей, определить категорию, а затем сингонию кристалла.

2.7.Определить количество простых форм в кристалле и их название.

5

Оси симметрии ____________________________________; Рисунок кристалла Плоскости симметрии ______________________________;

Центр симметрии __________________________________;

Кристаллографическая формула ______________________;

Категория _________________________________________; Сингония _________________________________________; Простая форма _____________________________________; Комбинация _______________________________________.

Порядок сдачи лабораторной работы:

1)Предоставляется рабочая тетрадь с выполненными заданиями;

2)Устный отчет с демонстрацией на моделях элементов ограничения и симметрии кристаллов;

3)Тестовое задание.

Перечень вопросов для тестирования по теме «Кристаллография»

1.Что подразумевается под понятием "кристалл"?

2.Сущность понятия «кристалл».

3.Понятие о кристаллической решетке. Типы кристаллических решеток.

4.Основные характеристики кристаллического вещества: однородность, анизотропия, способность самоограняться, симметрия.

5.Какие элементы ограничения наблюдаются в кристаллах?

6.Какой формулой объединены элементы ограничения в кристаллах?

7.Понятие о полиморфизме и изоморфизме.

8.Что такое кристаллическая симметрия?

9.Какие элементы симметрии наблюдаются в кристаллах?

10.Что такое "порядок" оси симметрии, и какие оси различных порядков отмечаются в кристаллах?

11.Что такое "плоскость симметрии"?

12.Что такое "центр симметрии", и какое количество центров симметрии может быть в кристаллах?

13.Что такое "вид симметрии", и каково общее количество видов симметрии возможное среди кристаллов?

14.Какие сингонии и категории выделяются среди кристаллов?

15.Характеристика семи сингоний.

Теоретическая часть

1.1 Основные понятия

Минерал – природное тело, представляющее собой самородный элемент или химическое соединение элементов. Каждый минерал имеет определенное строение и обладает присущим ему комплексом физических свойств. Минералы могут быть твердыми, жидкими (ртуть) и газообразными (сероводород, метан).

Кристалл – это твердые тела, образующиеся в природе или полученные искусственно, имеющие форму многогранника.

Симметрия – закономерная повторяемость равных частей , слагающих фигуру. Описывается с помощью элементов симметрии, дающих понятие о соответственных симметрических преобразованиях.

6

Ось симметрии (L) – это воображаемая линия, при вращении вокруг которой на 360° элементы огранения кристалла два, три, четыре или шесть раз совпадут с первоначальным положением. L2– ось низшего порядка;L3, L4, L6– оси симметрии высшего порядка.

Для обозначения осей симметрии используются следующие условные значки L2 -; L3 - ; L4 - ; L6 - .

Плоскость симметрии (Р) – это воображаемая плоскость, которая делит кристалл на две равные и зеркально подобные части.

Центр симметрии (С) – это точка внутри кристалла, в которой пересекаются и делятся пополам линии, соединяющие противоположные элементы огранения.

Простая форма – кристалл, образованный из одной грани при помощи элементов симметрии.

Простые формы низших сингоний: моноэдр, пинакоид (две параллельные грани),

диэдр (две грани под углом), ромбические призма, пирамида и дипирамида. Простые формы средних сингоний: призма, пирамида, дипирамида.

Простые формы высших (кубической) сингоний: тетраэдр, гексаэдр, октаэдр,

додекаэдр.

Комбинация – сочетание нескольких простых форм.

1.2 Свойства кристаллических тел

Свойства минералов зависят от их химического состава и характера расположения элементарных частиц (т.е. кристаллической структуры). В природе минералы встречаются в кристаллическом состоянии и лишь незначительная часть – в аморфном (греч. «аморфос» - бесформенный). На долю аморфных минералов приходится лишь 2% от их общего количества. Различие между кристаллическим и аморфным состояниями заключается в том, что в кристаллических веществах ионы (атомы) располагаются упорядоченно, образуя структурную решетку. Различие во внутреннем строении кристаллических и аморфных тел сказывается на их физических свойствах. Кристаллические тела анизотропны, т.к. у них физические свойства постоянны в любых параллельных направлениях. Аморфные тела являются изотропными, т.к. их физические свойства равновелики во всех направлениях.

В природе известны случаи, когда одинаковое по составу химическое вещество имеет различное внутреннее строение и, следовательно, разные свойства. Такое явление носит название полиморфизм. Его примером могут служить алмаз и графит (две модификации углерода), пирит и марказит (модификации дисульфида железа), кальцит и арагонит (модификации карбоната кальция).

Противоположное полиморфизму явление, когда вещества с различным химическим составом способны кристаллизоваться порознь в кристаллах, близких по форме и строению, и давать однородные смешанные кристаллы, содержащих исходные вещества в различных количествах, называется изоморфизм. Примером изоморфизма может служить минерал оливин (смесь из m-го количества минерала форстерита Mg2SiO4 и n-го количества минерала фаялита Fe2SiO4).

Отличительным свойством кристаллических веществ является способность самоограняться, т.е. давать правильно образованные кристаллические многогранники – кристаллы. Плоскости, ограничивающие кристалл, называются гранями; ребра - линии, образующиеся от пересечения граней; вершины - точки пересечения ребер кристалла. Внешний облик (габитус) кристалла используется для определения минерала.

7

Форма граней кристаллов, их величина зависит от условий роста кристаллов. В процессе кристаллизации могут изменяться размеры и количество ребер кристалла, его внешний облик, но взаимное расположение граней, связанное с внутренней структурой данного вещества, остается постоянным, т.е. остаются постоянными углы между соответствующими гранями.

Закон постоянства углов кристаллов (синоним: закон Стено – Ромэ-Делиля – Ломоносова; закон постоянства гранных углов): кристаллы, принадлежащие одной полиморфной модификации данного кристаллического вещества, характеризуются постоянными углами между соответствующими гранями.

1.3 Понятие об элементах симметрии

Кристаллы по форме, как правило, симметричны, т.е. отдельные их элементы (грани, ребра и вершины) или комбинации последних закономерно повторяются. Это можно заметить при рассечении кристалла мысленно плоскостью; при вращении его вокруг воображаемой оси; а также при сопоставлении расположения отдельных его элементов относительно центра кристалла. Плоскости, оси и центр являются элементами симметрии кристалла (табл. 1.1).

Плоскостью симметрии (Р) называется воображаемая плоскость, которая делит кристалл на две зеркально равные части. В кристалле может быть несколько плоскостей симметрии. Осью симметрии (L) называется воображаемая ось, при повороте вокруг которой на 360º отдельные элементы кристалла могут повторяться 2, 3, 4 и 6 раз. Соответственно этому оси будут называться осями симметрии второго (L2),третьего (L3), четвертого (L4) и шестого порядка (L6). В одном и том же кристалле может быть несколько осей симметрии одного порядка или разных порядков.

Центром симметрии (С) называется точка внутри кристалла, в которой пересекаются и делятся взаимно пополам все прямые линии, соединяющие соответствующие точки поверхности кристалла. У кристалла может быть только один центр симметрии или он вовсе отсутствует.

Число элементов симметрии, свойственное данной кристаллической форме, обозначается цифрой перед соответствующим индексом (3L4, 4L3, 9Р).Элементы симметрии находятся в кристаллах во взаимной связи, и сочетания их весьма ограниченны (таб. 1.1.).

Таблица 1.1 – Элементы симметрии

Элемент

Изображение

Определение

Прямая линия, при вращении вокруг

Ось симметрии

которой повторяются равные части

фигуры, то есть она самосовмещается, Ln Число совмещений при повороте на 360°

определяет порядок оси симметриии (n)

8

Точка внутри кристалла, по обе стороны которой на равных расстояниях

находятся одинаковые элементы Центр симметрии огранения (грани, ребра, вершины).

В кристалле может быть только один центр симметрии, либо он отсутствует

Воображаемая плоскость, которая делит фигуру на симметрично равные части,

Плоскость симметрии расположенные друг относительно друга как предмет и его зеркальное

отражение

1.4 Понятие о сингониях, простых и сложных формах кристаллов

Кристаллы характеризуются упорядоченным расположением частиц, соответствующим кристаллической решетке, от строения которой зависят много свойства, в том числе внешняя форма и симметрия.

Тип кристаллической решетки определяется формой ее элементарной ячейки - величиной элементарных отрезковa0, b0, c0, и углов между ними , , , называемых

осевыми углами (рис. 1.1).

Z

	C’		B’
A’			D’
	с0
	С	b0	B	Y
а0
A			D

X

Рис. 1.1. Элементарная ячейка кристаллической решетки.

Совокупность кристаллов со сходной формой ее элементарной ячейки, а следовательно, и сходными элементами симметрии образуют сингонию (от греч. «сингонио» – сходноугольность).

По соотношению между величинами ребер и углов элементарной ячейки в кристаллографии выделяют семь главных (всего их 14) типов элементарных ячеек, которые соответствуют семи сингониям (рис. 1.2): кубической (а), тетрагональной (б),

9

гексагональной (в), тригональной (г), ромбической (д), моноклинной (е) и триклинной

(ж).

а - кубическая б- тетрагональная в - гексагональная

г - тригональная

д - ромбическая

е - моноклинная			ж – триклинная

Рис. 1.2 Типы элементарных ячеек кристаллических решеток

Полный перечень всех элементов симметрии одного многогранника определяет его степень симметрии. Многогранники, обладающие одной степенью симметрии, составляют один вид симметрии. Все возможные виды симметрии устанавливаются путем сложения элементов симметрии, возможных в огранении кристаллов: C, P, L2, L3, L4, L6. Впервые такое сложение выполнил в 1867 году русский ученый А.В. Гадолин, который установил 32 вида симметрии. Виды симметрии, имеющие сходную степень симметрии, составляют сингонии. Их семь: кубическая, гексагональная, тетрагональная, тригональная, ромбическая, моноклинальная и триклинная. Сингонии, в свою очередь, объединяются в три категории:

-низшую (ромбическая, моноклинная, триклинная);

-среднюю (гексагональная, тетрагональная, триклинная);

-высшую (кубическая).

(См. таб. 1.2 и приложения I).

Таблица 1.2 – Симметрия кристаллов

	Категория	Высшая		Средняя			Низшая
	Сингонии	Кубическая	Гексаго-	Тетраго-	Триго-	Ромби-ческая	Моно-	Три-
			нальная	нальная	нальная		клинная	клинная
	Максимум
	элементов	3L44L36L29PC	L66L27PC	L44L25PC	L33L23PC	3L23PC	L2PC	C
	симметрии
	Минимум	Более одной	Только одна ось высшего порядка			Ни одной оси высшего порядка
						Более одной		Нет
	элементов	оси высшего					Одна
			L6	L4	L3	L2или более		элементов
	симметрии	порядка					L2или Р
						Р		симметрии
	Развитие	Кристалл	Кристалл хорошо развит в одном			Кристалл хорошо развит в двух

10