Методические рекомендации. 1 страница

МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное

Образовательное учреждение высшего профессионального образования

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Сазонов И. Г.

Рожнова А.А.

 

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ

Специальность 130101.65 «Прикладная геология»

Специализация Геология нефти и газа

Квалификация выпускника специалист

Форма обучения очная

Изучается в 1 семестре

 

 

Ставрополь 2014

УДК Печатается по решению

ББК Учебно-методического совета

К Северо-Кавказского федерального

Университета

 

Рецензенты:

Димитриади Ю. К., Нарыжный П. С.

Сазонов И.Г., Гнедковская Т.В. Общая геология: Учебно-методическое пособие. – Ставрополь: Изд-во СКФУ, 2014. – 108 с.

 

Учебно-методическое пособие составлено в соответствии с рабочим учебным планом и программой дисциплины «Общая геология» для студентов, обучающихся по направлению 130101.65 - «Прикладная геология».

Данные учебно-методические пособия посвящены вопросам, требующим практического ознакомления с вещественным составом земной коры. Приведены характеристики главных породообразующих минералов, формы их нахождения, методика визуального определения. Охарактеризованы основные разновидности горных пород и принципы их классификации. Описаны способы определения условий залегания горных пород.

 

УДК

ББК

 

ISBN 5-98954-ххх-х

© ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский

федеральный университет», 2014

СОДЕРЖАНИЕ

 

Предисловие………………………………………………………………...
Лабораторная работа 1. Физические свойства минералов……………….
Лабораторная работа 2. Формы нахождения минералов в природе…….
Лабораторная работа 3. Изучение минералов и их диагностических свойств по коллекциям……………………………………………………..
Лабораторная работа 4. Контрольные определения минералов………...
Лабораторная работа 5. Изучение магматических горных пород……….
Лабораторная работа 6. Изучение осадочных горных пород……………
Лабораторная работа 7. Изучение коллекции метаморфических пород..
Лабораторная работа 8. Контрольные определения образцов горных пород…………..
Лабораторная работа 9. Работа с горным компасом……………………..
Лабораторная работа 10. Работа с геологическими картами……………
Список рекомендуемой литературы......………………………

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Цель преподавания дисциплины - познакомить студентов с геологией, как наукой, с методами геологических исследований, с начальными сведениями о строении и возрасте Земли, об экзогенных и эндогенных процессах, закономерностях развития основных структурных элементов, влиянии человечества на окружающую среду. Задачи изучения - познание основных геологических методов исследований, получение первых сведений о вещественном составе земной коры - горных породах, минералах, условиях их образования, рассмотрение главных структурных элементов Земли.

Дисциплина относится к математическому и естественнонаучному циклу С2 (базовой части) С2.Б.5. Ее освоение происходит в 1 семестре.

Цель освоения дисциплины «Общая геология» является формирование набора общекультурных и профессиональных компетенций будущего специалиста в области обучения, воспитания и развития, соответствующих целям ООП ВПО по специальности 130101.65 - «Прикладная геология».

Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

№ п/п	Содержание компетенции	Шифр
Общекультурные компетенции	ОК-(№)
1.	Способность к абстрактному мышлению, анализу, синтезу	ОК-1
Профессиональные компетенции	ПК-(№)
1.	способность решать стандартные задачи профессиональной деятельности на основе информационной и библиографической культуры с применением информационно-коммуникационных технологий и с учетом основных требований информационной безопасности	ПК-1
2.	готовность руководить коллективом в сфере своей профессиональной деятельности, толерантно воспринимая социальные, этнические, конфессиональные и культурные различия	ПК-3
3.	ориентироваться в базовых положениях экономической теории, применять их с учетом особенностей рыночной экономики, самостоятельно вести поиск работы на рынке труда, владеть методами экономической оценки научных исследований, интеллектуального труда	ПК-4

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

ЗНАТЬ	главные особенности состава и строения Земли и земной коры, главные процессы внутренней и внешней динамики
УМЕТЬ	различать основные минералы и горные породы, формы их залегания
ВЛАДЕТЬ	базовыми навыками в области геологии, необходимыми для освоения геологических дисциплин, а также предусмотренным набором специальной геологической терминологии

 

 

 

ПЛАНЫ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ

Цель: Ознакомить студентов с физическими свойствами основных минералов, которые очень важны для их диагностики. Научить студентов определять минералы по комплексу характерных физических свойств, не прибегая к более трудоемким исследованиям. Данная лабораторная направлена на формирование общекультурных и профессиональных компетенций: ОК-1, предусматривающей, способность к абстрактному мышлению, анализу, синтезу, ПК-1, предусматривающей, способность решать стандартные задачи профессиональной деятельности на основе информационной и библиографической культуры с применением информационно-коммуникационных технологий и с учетом основных требований информационной безопасности.

Организационная форма занятия: Лабораторная работа проходит в форме разбора конкретных ситуаций.В данной работе рассматриваются главным образом те свойства, которые могут использоваться при визуальной диагностике минералов.

Указания по технике безопасности. Работать с кислотой осторожно, избегая попадания реактива в глаза.

Методические рекомендации.

Минералы – это однородные по составу и строению природные химические соединения, возникающие в результате разнообразных процессов, происходящих внутри земной коры и на ее поверхности. Большая часть минералов встречается очень редко, и только около 50 из них широко распространены и составляют основную массу горных пород. Это породообразующие минералы.

Из приведенного определения понятия минерал, следует, что искусственно созданные химические соединения, в том числе и уже существующие в природе, минералами считать не следует. Чаще всего их называют искусственными минералами (искусственный кварц, искусственный рубин, искусственный алмаз и т.д.).

Обязательно следует пояснить, что обычно минералами называют вещества находящиеся в твердом состоянии, чаще всего, кристаллическом для большинства минералов, реже, аморфном – например опал (SiO₂ nH₂O). Исключением является вода – жидкий минерал.

Существует ряд свойств (внешних признаков), по которым можно отличить один минерал от другого. К ним относятся оптические, механические, некоторые химические и другие легко определяемые свойства. Оптические свойства минералов: это цвет, цвет черты, прозрачность, блеск. Механические свойства: твердость, спайность, излом, плотность. Кроме того, легко определить характер взаимодействия с соляной кислотой, вкус и некоторые другие свойства.

Оптические свойства. Цвет или окраска минералов – свойство, которое, прежде всего, обращает на себя внимание любого исследователя. Для некоторых минералов цвет является постоянным признаком (малахит, азурит, киноварь). Для большинства минералов этот признак непостоянен. Так, например, полевые шпаты встречаются белые, желтые, красные, зеленые, серые. Цвет минералов зависит от их химического состава, внутренней структуры, механических примесей и, главным образом, от присутствия химических примесей элементов. Выделяется особая группа химических элементов, окрашивающих минералы, в состав которых они входят в качестве одного из основных элементов или элемента примесного. Это группа элементов хромофоров – железо, марганец, хром, медь, никель, уран, свинец и некоторые другие. Для каждого из этих элементов характерен некоторый спектр окрасок, позволяющих судить о его присутствии в составе минерала. Например, железо, в зависимости от валентности окрашивает свои соединения в черный цвет, разные степени красного, красно-бурого, желтого и желтовато-бурого цветов. Присутствие меди придает ее соединениям различные оттенки синего и зеленого цветов. Эти элементы могут быть основными элементами минерала (Cu – в малахите; Mn – в родоните), а могут входить в состав минералов лишь в виде примесей. Примеси чаще меняют окраску светлоокрашенных минералов (кварц, кальцит, гипс и др.).

Изменять окраску минерала может также возникающая на его поверхности разноцветная пленка – побежалость. Возникновение побежалости особенно характерно для рудных минералов в результате окисления. Природа появления разноцветной пленки такая же, как у масляной пленки на поверхности воды.

Характеризуя цвет минерала в диагностических целях, следует стремиться к наиболее точному его описанию. Поэтому используют сложные определения, например, молочно-белый, свинцово-серый, светло-зеленый.

Цвет черты (цвет минерала в порошке). Является более постоянным признаком, чем цвет куска минерала в изломе. Играет решающую роль в определении многих минералов. Так, например, минерал лимонит может иметь коричневую, желтую и даже черную окраску, но цвет его черты всегда коричневый. Определяется по черте, оставляемой минералом на шероховатой фарфоровой пластинке (бисквите). Однако, это возможно лишь для минералов, твердость которых невелика, меньше 7. У светлоокрашенных минералов черта всегда белая. Студентам в этом следует убедиться. Кроме того, следует присмотреться к оттенкам цвета черты. Черта может быть черной (магнетит), иметь легкий зеленоватый оттенок (халькопирит), металлический блеск (графит) и т.д.

Прозрачность – способность минералов пропускать свет без изменения направления его распространения. Прозрачность зависит от кристаллической структуры минерала, интенсивности его окраски, состава и условий его образования. По степени прозрачности минералы подразделяются на прозрачные, полупрозрачные, просвечивающиеся по тонкому краю, непрозрачные.

Прозрачными являются тонкие пластинки белой слюды (мусковита), кристаллы горного хрусталя (кварца), чистые, бездефектные кристаллы кальцита, гипса и др. сквозь тонкие пластинки таких минералов свет проходит свободно, видны детали рассматриваемых предметов. Например, легко читается написанный на бумаге текст.

Если свет через образец проходит, но различимы лишь контуры предметов без деталей, то минерал относится к полупрозрачным (апатит, флюорит), просвечивают в тонких краях, например, полевые шпаты. Многие минералы остаются непрозрачными даже в очень тонких пластинках (сотые доли миллиметра), например, магнетит, пирит, галенит и др.

Блеск – способность минерала отражать свет, падающий на его поверхность. Это свойство также зависит от структуры минерала. По блеску минералы делят на две большие группы: с металлическим блеском (латунный, свинцовый) и с неметаллическим блеском (алмазный, стеклянный, жирный, восковой, перламутровый, шелковистый). Встречаются минералы, поверхность которых лишена блеска. Такие минералы называются матовыми. Металлический блеск имеют те минералы, которые дают черную черту. Неметаллический блеск характерен для минералов, дающих цветную черту. Исключением являются самородные элементы (золото, серебро, медь) и некоторые сульфиды (халькопирит), которые дают цветную черту, но относятся к минералам с металлическим блеском.

Механические свойства. Твердость – способность минералов оказывать сопротивление внешнему механическому воздействию (царапанию, резанию, истиранию) более прочным телом. Этот признак зависит от внутреннего строения минерала и отражает прочность химических связей между атомами в кристаллической решетке. В полевых условиях твердость определяется методом Ф. Мооса, разработавшего шкалу твердости по степени царапания минералов алмазом и друг другом. В шкале в качестве эталонов используются десять минералов с известной и постоянной твердостью. Эти минералы располагаются в порядке возрастания твердости (таблица 1).

Таблица 1. Шкала твердости Мооса

Наименование минералов	Твердость по Моосу	Характеристика твердости
Тальк		Легко чертится ногтем
Гипс		Царапается ногтем
Кальцит		Легко царапается ножом
Флюорит		С трудом царапается ножом
Апатит		Нож не оставляет царапины
Ортоклаз		Оставляет царапину на стали и стекле
Кварц		Легко царапает сталь и стекло
Топаз		Царапает стекло и горный хрусталь
Корунд		Легко царапает сталь, стекло и все минералы, кроме алмаза
Алмаз		Режет стекло

Примечание: твердость стекла 5 – 5,5

Определяя твердость минерала, следует провести по его поверхности острой гранью минерала из шкалы твердости. Образовавшийся порошок надо удалить, чтобы рассмотреть осталась царапина или нет. В первом случае минерал будет тверже, а во втором – мягче эталонного минерала из шкалы твердости.

Определять твердость стоит на достаточно крупных зернах, на которых видны грани или плоскости спайности кристаллов. На мелкозернистых образцах, вместо минералогической твердости, часто получается ее заниженное значение, соответствующее прочности связей между отдельными частицами. Например, твердость лимонита в разных образцах, в зависимости от их строения, меняется от 1 до 5,5.

Для определения твердости нужно приобрести некоторый навык. Для начала, следует выучить шкалу твердости. Затем определяют, царапает минерал стекло или нет, и далее уточняют его твердость. Царапая стекло или минерал следует прилагать достаточное усилие. Особенно важно это при определении минералов с высокой твердостью.

Спайность – способность кристаллов минерала при ударе раскалываться по направлениям, параллельным граням кристалла с образованием гладких, блестящих плоскостей. Выделяют несколько видов спайности: весьма совершенную, совершенную, среднюю, несовершенную и весьма несовершенную.

Весьма совершенная спайность – минерал легко разделяется в одном направлении на листочки или пластинки с параллельными, ровными плоскостями спайности (слюда, графит). Совершенная спайность – при ударе минерал разрушается и образуются обломки, ограниченные плоскостями спайности, обычно в трех направлениях (галит, кальцит). Средняя спайность (явственная, отчетливая) характерна для минералов, образующих при расколе как гладкие пластинки (плоскости спайности), так и поверхности с неровным изломом (полевые шпаты). Несовершенная спайность – большая часть поверхностей осколков неправильная, очень редко встречаются небольшие участки плоскостей спайности (апатит). Весьма несовершенная спайность – полное отсутствие плоскостей спайности, наблюдаются только поверхности излома (кварц).

Спайность минералов отчетливо показывает, что прочность его резко различна в зависимости от направления. Она обусловлена закономерным расположением атомов и ионов внутри кристалла и объясняется тем, что в пространственной решетке существуют плоские сетки, притяжение между которыми наименьшее.

Для определения спайности образец не нужно дополнительно раскалывать, следует просто присмотреться к уже имеющимся поверхностям раскола и постараться определить характер раскалывания отдельных кристаллических зерен. Особенности спайности хорошо различимы на крупнозернистых образцах минералов, на мелкозернистых спайность различима с помощью лупы. На очень мелкозернистых образцах спайность не различима.

Студентам следует продемонстрировать образцы с хорошо различимыми разновидностями спайности, а затем переходить к самостоятельному определению на образцах различных минералов.

Если поверхность раскалывания имеет неправильный характер, ее называют изломом.

Излом – вид поверхности, образующейся при раскалывании минеральных агрегатов. Эта характеристика особенно важна при изучении минералов, обладающих несовершенной и весьма несовершенной спайностью, а так же мелко и микрозернистых. Различают раковистый, занозистый, ступенчатый, зернистый, крючковатый, рубленый, игольчатый, ровный и неровный излом. Студентам следует продемонстрировать, по возможности, разновидности излома.

Плотность минералов различна, зависит от химического состава. При определении минералов по внешним признакам плотность с большой точностью не определяется. Достаточно деления минералов на две группы: легкие, в состав которых входят легкие химические элементы (алюминий, калий), и тяжелые, имеющие в составе тяжелые элементы (свинец, вольфрам, барий).

При полевых исследованиях плотность минералов оценивается взвешиванием в руке. Для этого нужно приобрести некоторый навык, прикидывая плотность известных минералов в руке, сравнивая их плотность с другими минералами в образцах такого же объема. Если минерал представлен отдельными включениями среди зерен других минералов, то таким способом его определить невозможно.

Далее отмечаются особые свойства, характерные для отдельных минералов, или небольших групп минералов, но практически однозначно позволяющие их определять.

Минералы, имеющие в своем составе углекислые соли, под действием раствора соляной кислоты выделяют в виде пузырьков углекислый газ – «вскипают». Особенно хорошо растворяется в кислоте кальцит и его полиморфная разновидность – арагонит. В порошке с кислотой взаимодействует доломит. Магнезит и сидерит реагируют с нагретой кислотой. Сульфиды при реакции выделяют сероводород, имеющий характерный запах.

При полевом определении минералов используются также такие свойства, как магнитность, вкус, запах и другие. Минерал магнетит отклоняет стрелку компаса; галит – соленый на вкус, сильвин – горько-соленый; сера – с резким запахом.

Аппаратура, оборудование и материалы. Наборы одиночных природных кристаллов, сростков различных минералов. Фарфоровые пластинки (бисквиты), компас, 10 % соляная кислота, шкалы твердости, стеклянные пластинки.

Порядок выполнения работы. Рекомендуется следующий порядок определения минералов. Определяются основные физические свойства: цвет, цвет черты, прозрачность, блеск, твердость, спайность, излом, магнитность, взаимодействие с HCl.

Содержание отчета, его форма и правила оформления отчёта о выполненной работе. В отчете следует отразить цель работы, кратко теоретические предпосылки, порядок выполнения работы. Определить на различных минералах их свойства. При защите работы студент должен представить отчет о выполненной работе, ответить на вопросы, предложенные преподавателем, и показать умение в определении физических свойств минералов по образцам из коллекции.

Задания и вопросы для формирования контроля владения компетенциями:

1. Каковы специфические особенности и приемы макроскопического метода определения минералов?

2. От чего зависит окрас минерала?

3. Каковы главные физические свойства минералов?

4. Какие минералы входят в шкалу Мооса (шкалу твердости)?

5. Что такое цвет черты минералов и как его определить?

6. Что такое спайность минералов? Какие существуют виды спайности?

7. В чем отличия спайности от излома?

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2

ФОРМЫ НАХОЖДЕНИЯ МИНЕРАЛОВ В ПРИРОДЕ

Цель: Ознакомить студентов с основными морфологическими особенностями минералов и научить определять их на предложенных образцах и на рисунках. Данная лабораторная направлена на формирование общекультурных и профессиональных компетенций: ОК-1, предусматривающей, способность к абстрактному мышлению, анализу, синтезу, ПК-1, предусматривающей, способность решать стандартные задачи профессиональной деятельности на основе информационной и библиографической культуры с применением информационно-коммуникационных технологий и с учетом основных требований информационной безопасности.

Организационная форма занятия: Лабораторная работа проходит в форме разбора конкретных ситуаций.В методических указаниях предлагаются для изучения морфологические формы, наиболее часто встречающиеся в образцах, изучаемых студентами на учебных практиках, и дается их характеристика.

Указания по технике безопасности. Работать с кислотой осторожно, избегая попадания реактива в глаза.

Методические рекомендации. Внешний вид минералов различен.Он определяется размерами и морфологией. В природе минералы распространены, главным образом, в виде зерен неправильной формы, не имеющих кристаллических граней. Хорошо ограненные кристаллы встречаются значительно реже. Кристаллы – это твердые тела, атомы и ионы которых образуют правильные упорядоченные периодические структуры – кристаллические решетки.

Ниже приводятся общие особенности морфологии кристаллов и их граней, что имеет практическое значение при определении минералов.

Облик кристаллов (габитус). Поскольку любое тело в пространстве имеет три измерения, можно выделить следующие формы кристаллов:

1. Изометрические формы – формы, одинаково развитые во всех трех направлениях в пространстве.

2. Формы, вытянутые в одном направлении (призматические, столбчатые, шестоватые, игольчатые, волокнистые кристаллы).

3. Формы, вытянутые в двух направлениях при сохранении третьего короткого. К ним относятся таблитчатые, пластинчатые, листоватые и чешуйчатые кристаллы.

Двойники. Многие минералы встречаются в виде правильных сростков одиночных кристаллов, которые называются двойниками, тройниками и т. д. Для некоторых минералов такие сростки являются довольно надежными диагностическими признаками: «ласточкины хвосты» гипса (рисунок 2); крестообразные двойники ставролита (от греч. stavros – крест).

Штриховатость. Нередко грани кристаллов бывают покрыты бороздами или штрихами. Для некоторых минералов это свойство постоянно и служит одним из диагностических признаков. Так, штриховка вдоль вытянутости кристалла характерна для турмалина и эпидота. Штриховка поперек граней наблюдается на призматических гранях кварца. Для кубических кристаллов пирита характерно расположение штрихов на одной грани перпендикулярно по отношению к каждой соседней грани.

Минеральные агрегаты – сростки минеральных зерен, кристаллов.Агрегаты могут быть мономинеральными (от греч. monos – один, единственный), т. е. состоять из одного минерала (мрамор) и полиминеральными (от греч. polis – многочисленный), представленными несколькими различными минералами (гранит). При описании минеральных агрегатов следует обращать внимание на размер отдельных зерен и их форму. По размеру слагающих кристаллов агрегаты могут подразделяться на гигантокристаллические – слагающие кристаллы более 3 см; крупнокристаллические – 3–1 см; среднекристаллические – 1–0,3 см; мелкокристаллические – менее 0,3 см. Выделяются также скрытокристаллические агрегаты, отдельные зерна которых не видны невооруженным глазом.

По строению и морфологическим признакам агрегаты весьма разнообразны и поэтому приобрели особые названия.

Зернистые агрегаты. Они сложены кристаллическими зернами, иногда в комбинации с хорошо образованными кристаллами. Этот тип агрегатов наиболее широко распространен в земной коре (полнокристаллические магматические породы, многие руды месторождений полезных ископаемых.).

Форма зерен, слагающих агрегаты, накладывает отпечаток на морфологические особенности агрегатов. Если агрегат сложен зернами более или менее изометрической формы, то его называют просто зернистым. Если зерна имеют пластинчатый облик, то такие агрегаты называют листоватыми или чешуйчатыми в зависимости от размеров слагающих индивидов. Агрегаты, зерна которых вытянуты в одном направлении, носят название шестоватых, игольчатых, волокнистых. По степени заполнения пространства различают плотные и рыхлые зернистые агрегаты. По относительным размерам зерен различают равномернозернистые агрегаты, когда размеры зерен приблизительно одинаковы, и агрегаты неравномернозернистые, в этом случае размеры зерен резко различны, отличаются в 10 и более раз.

Друзы (от нем. druse – щетка) – закономерные сростки минералов, наросших на стенках каких-либо пустот (рисунок 3). По друзам часто удается изучить последовательность выделения разных минералов. Хорошо образованные кристаллы возникают в свободном пространстве, т. е. в каких-либо первичных пустотах, полых трещинах. К этой категории относятся кристаллические корки и щетки. Последние представляют собой сростки мелких кристаллов

покрывающих поверхность и ориентированных в одном направлении.

Секреции (от лат. secretion – выделение) образуются в результате заполнения неправильных, но обычно округлой формы, пустот кристаллическим или коллоидным веществом. Характерной особенностью большинства секреций является последовательное концентрически послойное отложение минерального вещества по направлению от стенок пустоты к центру. Отдельные слои часто отличаются друг от друга по цвету и составу. Мелкие секреции (до 10 мм в поперечнике) называются миндалинами, крупные – жеодами.

Внутри жеод часто сохраняется свободное пространство. Стенки таких пустот могут покрываться кристаллами (друзами, кристаллическими щетками), почковидными натёками.

Конкреции –округлые и шаровидные выделения минералов, в которых минеральное вещество нарастает от центра к периферии. Строение может быть скорлуповатым или радиально-лучистым (рисунок 3). Размеры конкреций колеблются от миллиметров до десятков сантиметров, иногда до метров в поперечнике. Мелкие конкреции (менее 2–3 см) называются оолитами (от греч. oon – яйцо и lithos – камень) (рисунок 4). Оолиты возникают в водных средах вокруг песчинок, обломков органических остатков и даже вокруг пузырьков газа. Особенностью оолитов является концентрическая слоистость, иногда скорлуповатость. Аналогичные по форме, но не обладающие концентрической слоистостью образования называют

псевдооолитами (бобовинами). В виде конкреций встречаются фосфорит, пирит, марказит, сидерит, барит и другие минералы.

Натечные образования возникают при выпадении минерального вещества из растворов, текущих по открытым поверхностям. Эти минеральные образования возникают за счет коллоидов – гелей. Они наблюдаются в пустотах. Постепенно теряя испаряющуюся воду, коллоидные растворы густеют и под влиянием силы тяжести свисают с верхних частей пустот в виде сталактитовых, почковидных, гроздевидных и прочих форм (рисунок 5). В таком виде они, в конце концов, затвердевают. В нижних частях пустот за счет падающих капель возникают поднимающиеся кверху конусообразные сталагмиты. Натечные формы могут иметь также вид сосулек и желваков.