Файл: Методические указания к лабораторнопрактическим работам для студентов бакалавриата направления 21. 03. 01.pdf

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
Санкт-Петербургский Горный университет
Кафедра геологии и разведки месторождений полезных ископаемых
ГЕОЛОГИЯ И ЛИТОЛОГИЯ
Методические указания к лабораторно-практическим работам
для студентов бакалавриата направления 21.03.01
Санкт-Петербург
2023

2
УДК 551/08А (073)
ГЕОЛОГИЯ И ЛИТОЛОГИЯ: Методические указания к лабораторно- практическим занятиям / Санкт-Петербургский горный университет. Составители:
А.Я. Тутакова, В.И. Леонтьев. СПб, 2023. 32 с.
Методические указания содержат информацию о свойствах минералов, крат- кие варианты определителей минералов и горных пород, а также элементы залегания геологических структур, краткую информацию о геологических картах, складчатых и разрывных нарушениях, правилах построения геологического разреза.
Предназначены для студентов бакалавриата направления 21.03.01 «Нефтега- зовое дело» по профилям «Сооружение и ремонт объектов систем трубопроводного транспорта»; «Эксплуатация и обслуживание объектов транспорта и хранения неф- ти, газа и продуктов переработки».
© Санкт-Петербургский
Горный университет

3
ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ
Минералы – природные химические соединения или самородные элементы, обладающие кристаллической структурой и возникшие в результате различных гео- логических процессов, происходящих в земной коре и на её поверхности. В настоя- щее время известно около 4000 минералов. Некоторые из них широко распростране- ны, другие встречаются очень редко. Каждый минерал характеризуется особыми свойствами, по которым его можно отличить от других. Отдельные физические свойства могут быть одинаковыми у различных минералов и, наоборот, какое-либо свойство у одного и того же минерала может меняться в зависимости от состава и количества примесей. Поэтому при определении минерала необходимо определить возможно большее число его свойств. Только в редких случаях некоторые свойства бывают настолько характерны, что по одному-двум из них можно сразу диагности- ровать минерал.
Минералы встречаются в виде индивидов (зёрен или кристаллов) или агрега- тов (скоплений зёрен или кристаллов).
Характерный облик минеральных индивидов: изометричный (примеры
минералов: пирит, гранат, магнетит), удлинённый (берилл, кварц), уплощённый
(пластинчатые кристаллы слюды). Основные варианты внешнего вида минераль-
ных агрегатов: друзы – сростки кристаллов, приросших одним концом к породе
(кварц); дендриты (похожие на ветки деревьев – самородная медь); натёчные
формы (малахит); секреции – минеральные образования с ростом минерального ве- щества от периферии к центру, мелкие секреции – миндалины, крупные – жеоды
(аметист); конкреции – стяжения округлой формы с отложением минерального ве- щества вокруг центра кристаллизации, то есть с образованием от центра к перифе- рии, могут иметь радиально-лучистое или концентрически-зональное внутреннее строение; оолиты – мелкие округлые образования, имеющие концентрическое строение и возникающие при выпадении минерального вещества из водных раство- ров, сходны с конкрециями (марганцевые руды, бокситы).
Оптические свойства
1. Цветминералов зависит от химического состава и от примесей; иногда кроме основной окраски есть дополнительная поверхностная плёнка (дополнитель- ный цвет), это явление называется побежалостью. Примеры минералов: халькопи- рит может иметь радужную побежалость.
2. Цвет черты (черта) – цвет минерала в порошке. Черту получают при про- ведении минералом по бисквиту – матовой (неглазурованной) поверхности фарфо- ровой пластинки. Примеры: пирит соломенно-жёлтого цвета имеет чёрную черту, гематит серого цвета имеет вишнёво-красную черту.
3. Блеск зависит от способности минерала отражать от своей поверхности свет. Основные виды блеска: металлический – сильный блеск, свойственный ме- таллам (примеры минералов: пирит, галенит), полуметаллический – блеск потуск- невшей поверхности металла (графит, хромит), стеклянный (кварц, гипс, кальцит),
алмазный – особенно сильный блеск (касситерит, сфалерит), перламутровый – прозрачные минералы блестят как поверхность перламутровой раковины (слюда, тальк), шелковистый – при тонковолокнистом строении минерала, напоминает блеск шелковых нитей (хризотил-асбест), жирный – слабый блеск (нефелин), мато-
вый – минералы не блестят, имеют неровную поверхность (глинистые минералы, халцедон).

4 4. Прозрачность – способность минералов пропускать свет. По степени про- зрачности минералы подразделяют на: прозрачные (кварц, кальцит), полупрозрач-
ные (гипс), непрозрачные (пирит, магнетит).
5. Двупреломление– разложение светового луча, входящего в кристалл, на два преломленных; можно увидеть двойное изображение (прозрачный кальцит).
Механические свойства
1. Твёрдость – степень сопротивления минерала внешнему механическому воздействию (например, царапанию). Для определения твёрдости используется
шкала Мооса, в которой минералы расположены в порядке возрастания твёрдости, так, что каждый предыдущий минерал царапается последующим: тальк 1
вспомогательные средства: гипс 2 ноготь царапает минералы с твёрдостью 1-2; кальцит 3 флюорит 4 апатит 5 стекло царапает минералы с твёрдостью 1-5; полевые шпаты
(ортоклаз)
6 стальная игла или нож царапает минералы с твёрдостью 1-6 кварц 7 топаз 8 корунд 9 алмаз 10 2. Спайность – это способность минералов раскалываться или расщепляться по определённым направлениям с образованием блестящих параллельных плоско- стей. Различают следующие степени совершенства спайности: весьма совершенная
(минерал очень легко раскалывается или расщепляется на ровные и гладкие пла- стинки: слюды), совершенная (минерал раскалывается при слабом ударе молотком на гладкие параллельные пластинки, кубы или другие формы: кальцит, галенит),
средняя (минералы при расколе образуют и гладкие плоскости спайности и поверх- ности с неровным изломом: полевые шпаты), несовершенная (поверхность раскола, как правило, представляет собой неровные поверхности: оливин), весьма несовер-
шенная (спайность практически отсутствует, такие минералы имеют неровную по- верхность раскола: кварц). При характеристике спайности указывают: степень со- вершенства спайности, количество систем параллельных плоскостей, по которым раскалывается минерал, кристаллографические формы, по которым раскалывается минерал или углы между плоскостями спайности. Надо уметь отличать плоскости спайности от граней кристалла: плоскости спайности имеют более сильный блеск и свежий вид, образуют ряд параллельных друг другу плоскостей, обычно гладкие. У некоторых минералов на гранях кристаллов присутствует штриховка (кварц, пирит).
3. Плотность (удельный вес): на практике – приблизительное определение путём взвешивания на руке, высокая плотность (более 4-5 г/см
3
) – тяжёлые (само- родные металлы, галенит, магнетит), низкая плотность (до 2,5 г/см
3
) – лёгкие. Чаще встречаются минералы с удельным весом от 2 до 5 г/см
3 4. Магнитность: обладают немногие минералы – магнетит, иногда пирротин.
Определяется с помощью магнитной стрелки.
5. Вкус: солёный вкус имеетгалит, жгучий горько-солёный – сильвин.

5 6. Реакция с соляной кислотой с выделением углекислого газа в виде пу- зырьков. Реагируют с разбавленной соляной кислотой (4-10%) минералы из класса карбонатов: кальцит (CaCO
3
) – в образце, доломит (CaMg(CO
3
)
2
) – в порошке, маг- незит (MgCO
3
) – с нагретой HCl.
ДИАГНОСТИКА МИНЕРАЛОВ
Классификация минералов основана на их химическом составе. В учебной программе минералы из следующих классов: самородные элементы, сульфиды, ок- сиды и гидроксиды, галоиды, карбонаты, сульфаты, фосфаты, силикаты.
В приводимой ниже характеристике минеральных классов даются некоторые общие свойства, характерные для входящих в учебную программу минералов данно- го класса. Рекомендуется выучить общие свойства для каждого класса, запомнить схожие по некоторым свойствам минералы и знать свойства, по которым их можно различить. При определении минералов сначала необходимо по возможности более полно определить свойства, а затем по определительной таблице (приложение 1) установить название минерала. Следует помнить, что в одном образце одновременно могут находиться несколько различных минералов.
Помощь при определении может оказать и знание устойчивых парагенезисов минералов. Парагенезис – совместное закономерное нахождение определенных ми- нералов, вызванное близостью процессов их образования. Наиболее часто встречае- мые парагенезисы:
- галенит – сфалерит;
- киноварь – антимонит;
- пирротин – пентландит;
- пирротин – халькопирит – пентландит;
- пирит – халькопирит;
- гранат – пироксен;
- нефелин – апатит.
Самородные элементы подразделяются на два подкласса: самородные ме- таллы и неметаллы. Для металлов (в учебной программе: золото, серебро, медь) можно выделить характерные общие свойства:
- металлический блеск;
- блестящая металлическая черта;
- низкая твердость (обычно менее или равна 3);
- высокая плотность;
- ковкость;
- электропроводность и теплопроводность.
Для неметаллов (алмаз, графит, сера) таких общих свойств выделить не уда-
ётся.
Для сульфидов характерны:
- металлический блеск (исключения: киноварь и сфалерит, имеющие алмазный блеск);
- преимущественно чёрная или серая черта (исключения: киноварь – красная черта, сфалерит – цвет черты меняется от почти белой до коричневой в зависимости от цвета минерала);
- низкая твердость – менее 5 (исключение: пирит – 6);
- часто высокая плотность.

6
При определении следует помнить, что минерал молибденит похож на гра- фит, отличаясь от него более сильным блеском. Минералы пирит и халькопирит, близкие по цвету, отличаются по твердости. Схожие по многим свойствам пирротин и пентландит отличаются по степени совершенства спайности (пирротин имеет не- совершенную спайность, пентландит – совершенную). Магнитный пирротин от маг- нетита отличается цветом и низкой твердостью. Сфалерит по многим свойствам бли- зок к вольфрамиту, отличаясь по спайности (у сфалерита спайность по нескольким плоскостям, а у вольфрамита – по одной), иногда их можно различить по форме кри- сталлов (изометричные у сфалерита, уплощенные или удлиненные у вольфрамита).
Общими свойствами для входящих в определительную таблицу минералов из класса оксидов являются:
- чаще металлический или полуметаллический блеск, у кварца – стеклянный, у кас- ситерита и вольфрамита – обычно алмазный;
- цвет чаще темный: черный, серый, коричневый (исключения: кварц и халцедон, ко- торые могут быть различно окрашены);
- черта тёмная (чёрная, коричневая, у гематита – тёмно-красная); светло-бурая – у хромита, либо отсутствует (кварц, халцедон, касситерит);
- высокая твёрдость – 6 и более (исключение: вольфрамит – 5);
- высокая плотность (исключение: кварц и халцедон).
Можно перепутать жильный кварц, имеющий жирный или слабый стеклян- ный блеск, с халцедоном или нефелином. От халцедона кварц отличается зернисто- стью, что обычно проявляется в более неровном изломе, а от нефелина большей твёрдостью и парагенезисом (кварц и нефелин никогда вместе не встречаются).
Классы: галоиды, сульфаты, карбонаты, фосфаты. Минералы этих клас- сов:
- в чистом виде большинство из них бесцветны или светлоокрашены (исключения: зеленый малахит, синий азурит, флюорит может иметь разный цвет в одном образце
– зелёный, фиолетовый, белый);
- черта белая (исключения: малахит – зеленая черта, азурит – голубая черта);
- низкая твердость (не более 5);
- низкая плотность (исключение: барит с высокой плотностью);
- совершенная спайность (исключение: апатит с несовершенной спайностью); карбо- наты имеют совершенную спайность по ромбоэдру;
- карбонаты реагируют («вскипают») с разбавленной соляной кислотой с выделени- ем углекислого газа; особенности этой реакции позволяет отличить сходные по внешнему виду карбонаты.
Для силикатов можно выделить следующие общие свойства:
- черты чаще нет или белая или светло-зеленоватая;
- у многих силикатов твёрдость 6 и выше, кроме глинистых минералов, талька, слюд, серпентина, хризотил-асбеста, хлорита;
- блеск чаще стеклянный, реже перламутровый (слюды), шелковистый (хризотил- асбест), жирный (нефелин).
ДИАГНОСТИКА ГОРНЫХ ПОРОД
Горные породы – естественные или природные ассоциации минералов, имеющие определенный минеральный состав, структуру и текстуру, и образующие- ся в определённых геологических условиях.

7
Петрография изучает минеральный и химический состав горных пород (пре- имущественно магматических и метаморфических), их строение и происхождение; осадочные породы изучает литология.
По своему происхождению (генезису) горные породы разделяются на три большие группы: 1) магматические, образующиеся в результате затвердевания магмы внутри земной коры или на её поверхности (эндогенные процессы);
2) осадочные, связанные с экзогенными процессами – накоплением осадочного ма- териала и последующем образованием горных пород; 3) метаморфические, обра- зующиеся в результате преобразования ранее существовавших пород под воздейст- вием эндогенных факторов, например, таких, как высокие температура и давление.
Для характеристики горной породы необходимо изучить ее минеральный со- став, а также особенности строения, то есть структуру и текстуру.
Структура горной породы – это характеристика внутреннего строения поро- ды по степени кристалличности, форме и размеру минеральных зёрен. Единичными элементами являются зёрна или кристаллы, а их размеры, как правило, невелики, по- этому структура считается микроскопической характеристикой. Структуры изучают чаще с помощью микроскопа в петрографических шлифах или в полированных об- разцах (аншлифах).
По степени кристалличности структуры разделяют на полнокристалличе- ские и неполнокристаллические, вплоть до скрытокристаллических, когда индивиды глазом не различимы. Неполнокристаллические структуры, в которых на фоне скры- тозернистой массы видны отдельные кристаллы или зёрна минерала, называют пор- фировыми. В случае если крупные вкрапленники выделяются на фоне полнокри- сталлической основной массы, структура называется порфировидной.
Полнокристаллические структуры разделяют по абсолютному размеру
минеральных индивидов (зерен, кристаллов): микрозернистая – около 0,01-0,1 мм, мелкозернистая – около 0,1-2 мм, среднезернистая – около 2-10 мм, крупнозернистая
– около 10-20 мм, гигантозернистая – более 20-50 мм.
Текстура горной породы – это характеристика внешнего строения горной по- роды, связанная с формой и ориентировкой минеральных агрегатов. Единичными элементами служат минеральные агрегаты, однородные по составу и структуре. Эта характеристика чаще определяется макроскопически т.к. может наблюдаться в об- разцах, естественных и искусственных обнажениях.
Словесная характеристика текстуры полезного ископаемого даётся при по- мощи специальных терминов, при этом даже в одном образце нередко можно на- блюдать несколько текстурных элементов. Текстура может указывать на генезис горной породы: слоистая, оолитовая, органогенная текстуры характерны для осадоч- ных пород, нодулярная – для магматических, плойчатая, гнейсовая – для метамор- фических. Некоторые текстуры характерны для горных пород любого происхожде- ния, например, массивная, характеризующаяся равномерным и сплошным располо- жением минеральных зёрен.
Осадочные горные породы
По способу образования осадочные породы делятся на обломочные (табли- ца 1), состоящие из обломков минералов и горных пород, хемогенные (таблица 2), представленные минералами, сформировавшимися химическим путем, и органоген- ные (биогенные, биохемогенные), в основе которых находятся твердые части орга- низмов.