Пиши Дома Нужные Работы

Обратная связь

Метаморфические горные породы

Лабораторная работа № 1

«Свойства минералов. Определение минералов по внешним признакам»

Цель работы: изучить диагностические свойства минералов; установить тип минералов по внешнему виду.

К диагностическим показателям относятся следующие особенности минералов: морфологические (форма минералов и форма нахождения минералов в природе), механические, оптические, химические.

1.1. Форма кристаллов и минеральных агрегатов

В природе кристаллические минералы встречаются в виде одиночных кристаллов или их сростков и в виде скоплений, называемых минеральными агрегатами. Среди минералов выделяют три группы, обладающие характерным обликом кристаллов:

- изометрические формы;

- удлиненные в одном направлении формы (призматические, столбчатые, игольчатые, лучистые);

- формы, вытянутые в двух измерениях при сохранении третьего, короткого (таблитчатые, пластинчатые, листоватые, чешуйчатые).

1.2. Механические и физические свойства минералов

К механическим свойствам минералов относятся: спайность, излом, твердость.

Спайность. В зависимости от того насколько отчетливо проявляется это свойство, различают следующие степени совершенства спайности:

- весьма совершенная спайность;

- совершенная спайность;

- средняя спайность;

- несовершенная спайность;

- весьма несовершенная спайность.

Излом.В отличие от спайности излом не имеет правильных, ориентированных, блестящих поверхностей. Различают изломы – неровный, раковистый, занозистый, зернистый, ступенчатый, землистый, крючковатый.

Твердость представляет собой один из важнейших диагностических признаков. Твердость минерала характеризует его способность сопротивляться внешним механическим воздействиям (царапанию, вдавливанию, резанию). В табл. 1. приведен перечень эталонных минералов относительной твердости по шкале Мооса. Используя шкалу Мооса, можно сравнивать минералы по твердости, царапая друг о друга кусочки минералов – испытуемого и выбранного в качестве эталона.



Царапина – это углубление (борозда) на поверхности минерала, но отнюдь не след в виде штриха.

Таблица 1. Шкала твердости Мооса

Минералы – эталоны твердости Твердость
Тальк
Гипс
Кальцит
Флюорит
Апатит
Ортоклаз
Кварц
Топаз
Корунд
Алмаз

 

В шкале минералы располагаются в порядке возрастания твердости, так что каждый предыдущий минерал царапает последующий.

При определении твердости минерала чертят на его светлой поверхности острым углом минерала – эталона из шкалы твердости.

В практике нередко прибегают к определению твердости при помощи распространенных предметов. Так, твердость карандаша - 1, ногтя - 2, медной монеты - 3, железного гвоздя – 4 – 4,5, оконного стекла - 5, стального ножа 5,5-6, напильника – до 7.

Физические свойства минералов. Наиболее важным диагностическим признаком является плотность. Плотность для различных минералов колеблется от 0,6 до 23 г/см3. Точное определение плотности возможно в лабораторных условиях. На практике для быстрого приблизительного определения средней плотности пользуются взвешиванием минералов на руке с оценкой «тяжелый», «средний», «легкий». Рука человека привыкла к плотности камня, слагающего земную кору (средняя плотность 2,74 г/см3). По средней плотности все минералы можно разбить на три категории:

- легкие – плотностью до 2,5 г/см3;

- средние – плотностью до 4 г/см3 ;

- тяжелые – плотностью больше 4 г/см3.

Чаще всего встречаются минералы со средней плотностью от 2 до 5,5 г/см3.

1.3. Оптические свойства минералов

Оптические свойства включают такие важные диагностические признаки минералов, как цвет минерала, цвет черты, блеск и прозрачность.

Цвет. Практически цвет определяют на глаз сравнением с хорошо знакомыми предметами (молочно-белый, соломенно-желтый, кирпично-красный). Для обозначения цвета минералов, имеющих металлический блеск, к названию цвета добавляют название распространенного металла (свинцово-серый, оловянно-белый, латунно-желтый, медно-красный, железно-черный и др.). Окраска минералов зависит главным образом от химического состава минерала и от примесей. Такими элементами примесями являются железо, никель, кобальт, титан, хром и др. Некоторые минералы меняют окраску в зависимости от освещения. Ряд минералов (например, флюорит) светится в рентгеновских лучах, а другие (например, арагонит, гипс) сохраняют свечение и после устранения источника рентгеновских лучей.

Многие минералы в растертом состоянии имеют другой цвет, чем в куске.

Цвет черты. Этот признак определяют, проводя черту куском минерала по поверхности шероховатой фарфоровой пластинки. Для большинства минералов цвет черты и цвет куска совпадают. Иногда цвет черты у некоторых минералов иной, нежели цвет самого минерала в куске. Черта имеет значение главным образом при определении непрозрачных густо окрашенных минералов; светлоокрашенные обычно дают белую черту.

Блеск. По блеску все минералы делятся на три группы: минералы с металлическим, полуметаллическим и неметаллическим блеском. Металлический блеск свойствен металлам. Им обладают непрозрачные минералы, дающие в большинстве случаев черную черту. Полуметаллический блеск имеют минералы, у которых поверхность представляет потускневшую поверхность металла. Неметаллический блеск наблюдается у минералов прозрачных и просвечивающих по краям. Эти минералы дают белую или светлоокрашенную черту. Неметаллический блеск имеет несколько разновидностей:1) алмазный; 2) стеклянный; 3) перламутровый; 4) шелковистый; 5) жирный; 6) матовый.

Прозрачность. Минералы делятся на прозрачные, полупрозрачные, , непрозрачные.

1.4. Химический состав минералов

Каждый минерал характеризуется определенным химическим составом, но при этом в структуре некоторых минералов могут присутствовать другие химические элементы, либо минералы одинакового химического состава могут иметь разное внутреннее строение. Минералы могут состоять либо из одного химического элемента, либо из нескольких. Если минерал состоит из одного химического элемента, его называют самородным элементом. Однако большинство минералов состоит из нескольких, а иногда и многих химических элементов. Химический состав минерала может быть выражен в виде двух формул: эмпирической и структурной. Эмпирическая формула создается на основе химического валового анализа, где каждый химический элемент пересчитывается на оксид. Структурная формула кроме химического состава позволяет судить о типе химического соединения и взаимных связях между отдельными химическими элементами. В практической работе инженеров-строителей-технологов чаще всего используются эмпирические формулы.

В состав многих минералов может входить свободная и связанная вода. Свободная (адсорбционная) вода не участвует в строении кристаллических решеток минералов, поэтому при ее удалении разрушения кристаллической решетки не происходит. Связанная вода бывает двух видов: 1) молекулярная H2O; 2) гидроксильная ОН. Связанная вода входит в состав кристаллических решеток минералов. Выделение из минералов молекулярной воды сопровождается разрушением кристаллических решеток с образованием новых безводных соединений. Данные о количестве химической связанной воды получают прокаливанием сухого порошка при 900-10000С до постоянной массы в атмосфере чистых азота и аргона.

1.5. Классификация и характеристика породообразующих минералов

Минералы классифицируются по химическому составу и кристаллической структуре на следующие группы: 1) силикаты; 2) карбонаты; 3) оксиды; 4) гидроксиды; 5) сульфиты; 6) сульфаты; 7) галоиды; 8) фосфаты; 9) вольфраматы; 10) самородные элементы.

В характеристику минералов входят: название, химический состав, твердость, цвет, спайность, излом, форма кристаллов, плотность и специфические диагностические свойства.

 

Порядок выполнения лабораторной работы

1. Изучить минералы по коллекциям образцов (с названиями и без названий) и установить совокупность признаков минералов, характерную для изучаемого класса.

  1. Ознакомиться с классификацией минералов по химическому составу; определить какие минералы к каким классам относятся, какими характерными свойствами обладают и в составе каких горных пород распространены;

Порядок работы с отдельным образцом минерала:

- определить наиболее характерные руководящие диагностические признаки;

- установить твердость минерала по шкале Мооса;

- определить класс, к которому относится минерал;

- выявить дополнительные признаки (например, для минералов с твердостью 3…4 проводится реакция с соляной кислотой);

- после установления точного наименования минерала определить его точную классификационную принадлежность;

- записать химическую формулу, указать происхождение минерала, отметить, в каких горных породах распространен изучаемый минерал.

Результаты работы оформить в виде таблицы.

Основные породообразующие минералы

№ п/п Назва- ние мине- рала Класс, хим. формула Цвет Блеск Про- зрач- ность Спай- ность Из- лом Твер- дость Плот-ност, г/см3 При- ме-нение
                     

 

Защита лабораторной работы заключается в определении минералов по контрольным образцам и выполнении тестовых заданий.

Варианты заданий приведены в приложении.

 

Лабораторные работы №№ 2-4

 

«Изучение главнейших горных пород по образцам»

 

Для выполнения этой лабораторной работы студенты должны изучить классификацию горных пород по условиям образования и залегания. Они должны знать, что практически все свойства и даже внешний вид горных пород зависят от природных условий возникновения горных пород, остывания или внешних воздействий. Процессы взаимодействия горных пород с атмосферой или происходящие в земной коре при залегании их в глубинных слоях оказывают существенное влияние на структуру, внешний вид и на свойства горных пород.

По условиям образования, остывания и залегания они делятся на магматические, осадочные и метаморфические.

Цель работы: закрепить теоретические знания по отличительным особенностям и свойствам горных пород в зависимости от их происхождения и условий залегания. Студенты должны научиться определять название и вид горных пород по внешнему виду: текстуре, структуре, цвету (окраске), а также возможности их использования в строительстве и производстве строительных материалов.

Порядок выполнения работы: для выполнения работы студенты получают коллекцию горных пород известного происхождения и осуществляют описание в виде таблицы с указанием происхождения (классификации по этому признаку), минералогического состава (можно в виде формулы для мономинеральных пород), текстуры, структуры, форм залегания, характерных для данного вида горной породы, окраски, наличия примесей, для рыхлых пород – размеров зерен, а также физико-механических свойств плотности, средней плотности, (насыпной плотности – для рыхлых пород), прочности скальных пород специальных свойств и в конце следует указать применение этих пород в строительстве и в промышленности строительных материалов.

 

Магматические горные породы

 

Магматических горные породы разделяются на эффузивные (излившиеся) и интрузивные (глубинные). При этом химический состав может быть одинаковым у эффузивных и интрузивных пород. Их обычно называют аналогами.

 

Рекомендуется при описании этой группы горных пород одновременно характеризовать глубинную горную породу и ее излившиеся аналоги.

Например, наиболее распространенной глубинной породе габбро соответствуют его излившиеся аналоги – базальт и диабаз, имеющие одинаковый химико-минералогический состав, но с разными условиями образования, залегания, степени выветрелости, физико-механическими свойствами.

При этом следует отметить также вид каждой магматической горной породы по содержанию кварца и алюмосиликатов: ультракислая, кислая, средняя, основная, ультраосновная. Студенты должны знать, что по этому признаку магматические горные породы можно расположить в ряду (от ультракислых к ультраосновным): пегматит, аляксит, гранит, липарит, кварцевый порфир, обсидиан, пемза, диорит, андезит, порфирит, сиенит, нефелин-сиенит, габбро, лабрадорит, базальт, диабаз, пироксенит, перидотит, дунит.

Для зернистых пород следует отметить вид зернистой структуры: крупно – (свыше 5 мм), средне – (от 1 до 5 мм) и мелко – (менее 1 мм) зернистую структуру, а также разновидность: - равномерно или неравномерно зернистую.

Кроме структурно-текстурных показателей студенты должны знать и определять минералогический состав. Большинство (примерно 2/3) магматических пород представлено полевыми шпатами. Рекомендуется также при определении минералогического состава разделить минералы на темно-окрашенные, преобладающие в составах основных магматических пород, и светлоокрашенные, присутствующие преимущественно в кислых породах. При этом кварц отличается от светлоокрашенных, полевых шпатов отсутствием спайности и более высокой твердостью. Отличия между разными видами полевых шпатов помимо окраски следующие: мусковит и биотит имеют малую твердость и в породе могу расщепляться на мелкие чешуйки, но мусковит не встречается совместно с роговой обманкой и авгитом. Оливин, имеющий цвет от желтовато-зеленого до черного, иногда чередующихся, имеет высокую твердость и встречается в основных и ультраосновных породах.

Среди темноокрашенных минералов наиболее трудно отличить авгит и роговую обманку. Роговая обманка встречается в основном в средних породах (сиенит, диорит и их аналоги) и имеет удлиненную игольчатую форму кристаллов. Авгит входит в состав преимущественно основных пород (габбро и его аналоги) и имеет короткостолбчатую форму кристаллов.

Следует иметь в виду, что минералогический состав эффузивных пород можно определить только с помощью микроскопа, т.к. они имеют скрытокристаллическую или аморфную структуру. Поэтому чаще эти породы диагностируются по внешнему виду (цвету, выветрелости и т.д.). Образцы этих пород обычно тусклые, матовые светло- или темно-серого цвета, часто покрыты мучнистым налетом каолинита. Структура может быть крупно-, средне- или мелкопористая с открытой или замкнутой пористостью вплоть до рыхло насыпного состояния.

Эффузивные породы, остывающие близко к поверхности земли могут быть плотными, но имеют стекловидную или скрытокристаллическую структуру, как правило, темноокрашенные.

В конце описания каждой горной породы следует указать области ее практического использования.

Результаты работы оформить в виде таблицы.

Магматические горные породы

 

№ п/п Классификация и наименование пород Содержание оксида кремния Происхождение Форма залегания Структура Классификация по размеру зерен Текстура Минеральный состав Общая окраска породы Плотность, кг/м3 Прочность на сжатие, МПа Специальные свойства Применение
                           

Осадочные горные породы

 

При описании наиболее распространенных в производстве строительных материалов и изделий осадочных горных пород студенты также должны отметить особенности их строения и структуры, классифицировать на подгруппы по условиям образования и составу на обломочные, органогенные и химического происхождения.

Для обломочных пород следует отметить размеры зерен (крупно, средне или мелкозернистую структуру), рыхлую или сцементированную, указать вид горной породы: гравий, галечник, пески, супеси, суглинки, глины, аргиллиты и т.п.). Следует указать особенности минералогического состава: для крупнообломочных – преимущественно алюмосиликаты и железисто-магнезиальные минералы с включениями стеклофазы, для среднеобломочных – кварц, для пылеватых – глинистые минералы группы алюмосиликатов, для органогенных – включения остатков органического происхождения: растительного или животного мира, для химических осадков – карбонаты и сульфаты.

При описании сцементированных осадочных горных пород следует указать вид цементирующего вещества: аморфный кварц – у кварцитов, глины у брекчий, органические соединения у мела, известняка.

Отличительной особенностью осадочных пород является цвет. Чистые глины, известняки, мел, гипс, каолин обычно белого цвета, доломиты и магнезиты – серого. Желтую и красную окраску придают примеси соединений железа, а серую и черную – примеси марганца и органических веществ: угля, битума и т.д.

Характерной особенностью осадочных пород является степень выветрелости. Устойчивы к выветриванию кварцсодержащие породы, а неустойчивы водорастворимые химические осадки: каменная соль, гипс, ангидрит и др. Глинистые породы и мергели легко разрушаются в условиях попеременного увлажнения и высыхания, замораживания и оттаивания. Стойкость сцементированных пород зависит от вида цементирующего вещества: песчаники, сцементированные глинистым веществом, менее стойки и прочны, чем с кремнистым.

Все указанные особенности осадочных горных пород должны быть отмечены при их описании и учитываться при оценке их в качестве оснований зданий и сооружений, а также для производства строительных материалов.

Результаты работы оформить в виде таблицы.

Осадочные горные породы

№ п/п Наименование породы Происхождение Общая окраска породы Мин. состав, размер и форма частиц, связность, структура, текстура Плотность, г/см3, пористость, %, коэффициент фильтрации Применение
             

 

Метаморфические горные породы

 

Для описания горных пород этой группы студенты должны знать, что они образовались в результате перекристаллизации магматических или осадочных горных пород на большой глубине под действием высоких температур и давлений. Обычно каждой метаморфической породе имеются аналоги среди магматических или осадочных. Наиболее распространенные из метаморфических пород: гнейсы - аналог гранита, кварциты – аналог песчаников, мрамор – аналог известняка, глинистые сланцы – аналог глин, сланцы мергелистые – аналог мергелей.

Студенты также должны знать, что свойства этих плотных и прочных пород зависят от степени метаморфизма и процессов, происходящих при его осуществлении. Особенности химико-минералогического состава, структуры, текстуры, цвета и внешнего вида должны быть отмечены при описании представителей этих пород.

Наиболее важным диагностическим признаком этих пород является сланцеватая и слоистая текстура, которая может быть определена визуально и резко отличается от текстур других видов горных пород.

Сланцеватость придает метаморфическим породам анизотронность свойств, прочность параллельно сланцеватости резко снижается. Это характерно для пород магматических, перекристаллизованных в метаморфические.

Для осадочных пород метаморфизм, наоборот, благоприятно влияет на повышение плотности и физико-механических свойств, так как из них образуются массивные текстуры с равномернозернистой структурой, плотность которой возрастает без образования слоистой структуры (мрамор), повышается прочность и несущая способность. Особенно резко возрастает прочность средне- и мелкозернистых осадочных пород: пески превращаются в кварциты, глины – в неразмокаемые глинистые сланцы.

Цвет метаморфических пород преимущественно темный и зависит от наличия красящих соединений в исходной горной породе.

По этим признакам студенты должны научиться определять вид горной породы и области применения в строительстве.

Результаты определения заносятся в таблицу.

Метаморфические горные породы

№ п/п Наименова-ние породы Исходная порода Основной вид метамор-физма Текстура Структура Минераль-ный состав Плотность, г/см3 Прочность на сжатие, МПа Общая окраска породы Применение
                     

Защита лабораторных работ заключается в определении горных пород по контрольным образцам и выполнении тестовых заданий.

Варианты заданий по теме приведены в приложении.






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2017 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.