Выкопировка из СНиП 11.02-96

5.14 В результате инженерно-геодезических изысканий в районах развития опасных природных и техноприродных процессов (карст, склоновые процессы, переработка берегов рек, озер, морей и водохранилищ, разрывные тектонические смещения, подрабатываемые территории и др.) в соответствии с требованиями технического задания заказчика должен представляться технический отчет.

Специфические грунты - наличие и распространение специфических грунтов (многолетнемерзлых, просадочных, набухающих, органоминеральных и органических, засоленных, элювиальных и техногенных), приуроченность этих грунтов к определенным формам рельефа и геоморфологическим элементам, границы распространения, мощность и условия залегания, генезис и особенности формирования, характерные формы рельефа, литологический и минеральный составы, состояние и специфические свойства этих грунтов.

Геологические и инженерно-геологические процессы - наличие, распространение и контуры проявления геологических и инженерно-геологических процессов (карст, склоновые процессы, сели, переработка берегов рек, озер, морей и водохранилищ, подтопление, подрабатываемые территории, сейсмические районы); зоны и глубины их развития; типизация и приуроченность процессов к определенным формам рельефа, геоморфологическим элементам, типам грунтов, гидрогеологическим условиям, видам и зонам техногенного воздействия; особенности развития каждого из процессов, причины, факторы и условия развития процессов; состояние и эффективность существующих сооружений инженерной защиты; прогноз развития процессов во времени и в пространстве в сфере взаимодействия проектируемого объекта с геологической средой; оценка опасности и риска от геологических и инженерно-геологических процессов; рекомендации по использованию территории, мероприятиям и сооружениям инженерной защиты, в том числе по реконструкции существующих.

6.9 В районах распространения многолетне-мерзлых грунтов следует дополнительно устанавливать для разработки проекта и отражать в техническом отчете:

распространение, особенности формирования, условия залегания и мощность многолетне-мерзлых грунтов;

среднегодовую температуру многолетнемерзлых и талых грунтов и глубину нулевых годовых колебаний температуры;

криогенное строение и криогенные текстуры грунтов в плане и по глубине;

разновидности грунтов по степени льдистости, засоленности и типу засоления, температурно-прочностному состоянию, пучинистости;

наличие, условия залегания, морфометрические характеристики залежей подземного льда и их генетические типы;

нормативные и расчетные характеристики физических, теплофизических, химических (включая значения засоленности, коррозионной агрессивности и температуры начала замерзания), деформационных и прочностных свойств многолетнемерзлых и оттаивающих грунтов и подземных льдов для каждого инженерно-геологического элемента;

границы распространения, условия формирования и интенсивность развития криогенных процессов и образований (пучение, термокарст, морозобойное растрескивание, наледи, солифлюкция, термоэрозия и термоабразия, курумы); количественную характеристику степени пораженности поверхности этими процессами и образованиями;

глубину сезонного оттаивания и промерзания грунтов, ее динамику во времени в зависимости от изменений поверхностных условий и колебаний климата; нормативную и расчетную глубину сезонного оттаивания и промерзания;

состав, состояние, криогенное строение и свойства грунтов сезонноталого и сезонномерзлого слоев;

распространение, характер проявления и генезис таликов, охлажденных грунтов и таликовых зон и их гидрогеологические условия;

прогноз изменения геокриологических условий в естественных условиях и в процессе освоения, устойчивости состояния многолетнемерзлых грунтов и допустимых техногенных воздействий на них в процессе строительства и эксплуатации проектируемых объектов;

рекомендации по выбору принципов использования многолетнемерзлых грунтов и таликов в качестве оснований фундаментов и по защитным сооружениям и мероприятиям от опасных криогенных процессов;

оценку влияния проектируемых сооружений на условия формирования и развития процессов.

При необходимости при инженерно-геологических изысканиях в районах распространения многолетнемерзлых грунтов выполняются специальные исследования, обеспечивающие изучение:

распределения, толщины, плотности и свойств снежного покрова на разных ландшафтах рельефа и в разное время года для прогнозных расчетов температуры грунтов и глубин сезонного оттаивания;

предзимней влажности грунтов сезонноталого слоя для оценки величины пучения и льдистости грунтов;

ледотермических характеристик озер и водотоков для расчетов конфигурации и размеров таликов.

Графическая часть технического отчета дополнительно к п. 6.4 должна содержать:

карты ландшафтного районирования, геокриологических условий и инженерно-геокриологического районирования;

инженерно-геологические разрезы, таблицы и графики характеристик свойств грунтов и льдов; в предусмотренных техническим заданием случаях - карты глубины и типов сезонного оттаивания и промерзания грунтов, льдистости грунтов, мощности многолетнемерзлых и охлажденных грунтов, криогенных процессов и образований, засоленных грунтов и криопэгов, а также другие карты и материалы, необходимые для построения геокриологической модели территории и составления прогноза изменений геокриологических условий застраиваемой территории.

6.10 В районах распространения просадочных грунтов следует дополнительно устанавливать для разработки проекта и отражать в техническом отчете: распространение и приуроченность просадочных грунтов к определенным геоморфологическим элементам и формам рельефа, характер микрорельефа и развитие просадочных процессов и явлений (размер и формы просадочных блюдец, подов, ложбин, лессового псевдокарста, солончаков, солонцов и пр.); мощность просадочной толщи и ее изменение по площади; особенности структуры (характер вертикальных и горизонтальных макропор, расположение их по глубине и площади; пылеватость, агрегированность и пр.), текстуры (тонкая слоистость, трещиноватость, наличие конкреций, скоплений гипса и пр.); степень вскипаемости от 10 %-ной НСl; цикличность строения просадочной толщи; наличие и распространение погребенных почв; характеристики состава, состояния и свойств грунтов; фильтрационные свойства просадочных грунтов; источники замачивания; тип грунтовых условий по просадочности, изменения просадочности по площади и глубине; нормативные и расчетные значения характеристик прочностных и деформационных свойств просадочных грунтов (выделенных инженерно-геологических элементов) при природной влажности и в водонасыщенном состоянии, графики изменения относительной просадочности по глубине при различных давлениях, рекомендации по противопросадочным мероприятиям.

6.11 В районах распространения набухающих грунтов следует дополнительно устанавливать для разработки проекта и отражать в техническом отчете: распространение и условия залегания набухающих грунтов, их мощность, минеральный и литологический состав, строение (наличие карманов, линз и прослоек пылеватого и песчаного материала); структурно-текстурные особенности, условия залегания покрывающих и подстилающих грунтов; величину раскрытия, глубину и направление распространения усадочных трещин, мощность зоны трещиноватости; относительное набухание (свободное и под нагрузками); влажность грунта после набухания; давление набухания; линейную и объемную усадку грунта; влажность на пределе усадки; оценку изменения свойств набухающих грунтов при строительстве и эксплуатации объектов.

Следует определять при необходимости: горизонтальное давление при набухании; сопротивление срезу после набухания без нагрузки и при заданных нагрузках; модуль деформации после набухания без нагрузки и под заданными нагрузками; набухание грунтов в растворах, соответствующих по составу техногенным стокам проектируемых предприятий.

6.12 В районах распространения органоминеральных и органических грунтов следует дополнительно устанавливать для разработки проекта и отражать в техническом отчете: распространение и мощность болотных отложений; тип торфа (низинный, верховой); разновидности заторфованных грунтов, их состав и свойства; источники обводнения грунтовой толщи; местоположение выходов родников, наличие озер и сплавин, общую тенденцию развития болота (его деградацию или прогрессирующее заболачивание прилегающей территории); для торфов и заторфованных грунтов - влажность и плотность в водонасыщенном состоянии, содержание органических веществ, степень разложения, зольность, ботанический состав (при необходимости); для илов и сапропелей - гранулометрический состав, содержание органических веществ, карбонатов, состав и содержание водорастворимых солей (для осадков соленых водоемов); показатели консолидации и ползучести; нормативные и расчетные значения прочностных и деформационных свойств органоминеральных и органических грунтов следует устанавливать с учетом их возможного уплотнения, осушения и инженерной подготовки территории.

6.13 В районах распространения засоленных грунтов следует дополнительно устанавливать для разработки проекта и отражать в техническом отчете: распространение и условия залегания засоленных грунтов; качественный состав и количественное содержание водорастворимых солей в грунте; генезис, взаимосвязь степени и характера засоленности с литологическим составом и условиями залегания грунтов; форму, размер и характер распределения соляных образований в грунте; структурные особенности грунта, связанные с наличием солей; наличие проявлений процесса выщелачивания и суффозии засоленных грунтов на земной поверхности, их формы и размеры; данные о современном засолении и выщелачивании грунтов в результате хозяйственной деятельности; физические, механические и химические свойства грунтов природной влажности и при водонасыщении, в том числе растворами заданного состава; гидрохимические условия (минерализация и химический состав подземных вод, их растворяющая способность по отношению к засоленным грунтам); показатели относительного суффозионного сжатия и начального давления суффозионного сжатия; состав и характеристики поверхностных вод, влияющих на засоленность грунтов.

6.14 В районах распространения элювиальных грунтов следует дополнительно устанавливать для разработки проекта и отражать в техническом отчете: распространение, условия залегания и особенности формирования элювиальных грунтов; данные о структуре коры выветривания, тектонических нарушениях коры, ее возрасте; состав и свойства элювиальных грунтов по зонам выветривания и подстилающей материнской породы; степень активности грунтов к выветриванию, морозному пучению, суффозионному выносу, выщелачиванию, набуханию и просадочности.

6.15 В районах распространения техногенных грунтов следует дополнительно устанавливать для разработки проекта и отражать в техническом отчете: распространение и условия залегания техногенных грунтов; способ формирования и давность их образования; состав, состояние и свойства техногенных грунтов; изменчивость их характеристик во времени и в пространстве; степень завершенности процессов самоуплотнения во времени; наличие инородных включений и их характеристика; результаты геотехнического контроля для намывных или насыпных грунтов (земляных сооружений) и накопителей промышленных отходов.

6.16 В районах развития карста следует дополнительно устанавливать для разработки проекта и отражать в техническом отчете:

распространение, условия залегания, литологический и петрографический составы карстующихся пород, их трещиноватость и степень закарстованности, тип карста, структурно-тектонические условия, рельеф кровли карстующихся пород, состав и условия залегания покрывающих и подстилающих пород, наличие древних погребенных долин;

гидрогеологические условия, в том числе химический состав, температуру и режим подземных вод, условия их питания, движения и разгрузки, потери из водохранилищ, водопритоки в подземные выработки, взаимосвязь подземных горизонтов между собой и с поверхностными водами, растворяющую способность подземных вод по отношению к карстующимся породам, их проницаемость и интенсивность водообмена;

проявления карста под землей - трещины, каверны и разнообразные полости, их распространение и размеры, зоны разуплотненных и с нарушенным залеганием пород, степень заполнения и состав заполнителя карстовых полостей и другие проявления, что должно быть отображено на прилагаемой к техническому отчету карте подземной закарстованности (проявления карста под землей);

проявление карста на земной поверхности - воронки, впадины, провалы и оседания земной поверхности; очаги поглощения поверхностных вод, характер деформаций зданий и сооружений и другие установленные проявления, что должно быть отображено на прилагаемой к техническому отчету карте проявления карста на земной поверхности;

инженерно-геологическое районирование территории по условиям, характеру, степени закарстованности и опасности.

По результатам выполненных инженерных изысканий должен быть составлен прогноз и в техническом отчете приведена комплексная оценка опасности развития карста, включая оценки:

интенсивности и периодичности проявлений карста на поверхности земли (провалы, оседания и их размеры);

интенсивности проявления карста под землей, в том числе состояния, закарстованности и устойчивости карстующих пород, распределения и размеров карстовых полостей, состава и характера их заполнителя, литологического состава, состояния, мощности и степени нарушенности перекрывающих пород;

гидрогеологических условий развития карста, в том числе растворяющей способности подземных вод, проницаемости карстующих пород и интенсивности водообмена;

техногенного воздействия проектируемого строительства на активизацию развития карста, в том числе изменений рельефа при планировке территории, изменения гидрогеологических условий, в том числе гидродинамических характеристик, за счет утечек промышленных и хозяйственно-бытовых вод и агрессивных жидкостей, влияния возводимых гидротехнических сооружений, водозаборов и водоотливов, дополнительных статических и динамических нагрузок от сооружений и других воздействий;

изменений во времени и в пространстве воздействия от указанных естественных и техногенных факторов.

На основе полученных результатов должны быть приведены в техническом отчете рекомендации по противокарстовым мероприятиям (планировочные, конструктивные, водорегулирующие и противофильтрационные, искусственное закрепление грунтов оснований фундаментов, технологические и эксплуатационные мероприятия).

6.17 В районах развития склоновых процессов следует дополнительно устанавливать для разработки проекта и отражать в техническом отчете:

площадь и глубину захвата склонов оползневыми, обвально-осыпными, солифлюкционными и курумными процессами, типизацию проявлений процессов, степень их активности и опасности для проектируемого строительства;

инженерно-геологическое районирование территории по опасности возникновения склоновых процессов и по особенностям их развития;

количественную характеристику факторов, определяющих устойчивость склонов;

характеристику физико-механических свойств грунтов с уточнением их значений обратными и контрольными расчетами устойчивости склонов и откосов;

оценку устойчивости склонов в пространстве и во времени в ненарушенных природных условиях, а также с учетом прогнозируемых изменений в связи с хозяйственным освоением территории, с указанием типа возможных склоновых процессов, их местоположения, размеров с оценкой устойчивости временных строительных выемок и откосов;

оценку косвенных последствий, вызываемых оползневыми и обвальными подвижками (затопление долин при образовании оползневых и обвальных запруд, возникновение высокой волны при быстром смещении земляных масс в акваторию и др.);

оценку эффективности существующих сооружений инженерной защиты;

рекомендации по инженерной защите территории от склоновых процессов, в том числе по временным защитным мероприятиям в период строительства объектов.

Районирование и оценку устойчивости оползневых и обвальных склонов необходимо выполнять для всего протяжения склона и прилегающей к верхней бровке зоны (для береговых склонов с обязательным захватом их подводных частей), в том числе и в случаях, когда территория проектируемого объекта занимает часть склона.

6.18 В районах развития селей следует дополнительно устанавливать для разработки проекта и отражать в техническом отчете: наличие и распространение селевых процессов, условия формирования, частоту схода селей, генетические типы селей; геоморфологические характеристики селевых бассейнов; механизм формирования и типы селевых потоков; максимальные объемы единовременных выносов селевой массы; интенсивность и повторяемость селей; физико-механические свойства грунтов в селевых очагах и в зоне их отложений; рекомендации по способам инженерной защиты проектируемого объекта; оценку влияния проектируемого объекта на условия формирования селей.

В состав технического отчета необходимо включать карту селевого бассейна, на которой должны быть показаны: селеформирующие комплексы дисперсных отложений и коренных пород в селевых очагах и объем обломочного материала в них; эродированность рельефа водосбора и степень покрытия поверхности почвенно-растительным покровом; характеристика селевого русла на участках расчетных створов в виде продольных и поперечных профилей; места возможных заторов в зоне транзита; распространение и активность способствующих селепроявлению геологических процессов - оползней, обвалов, осыпей и др.; распространение и характер селевых отложений в зоне аккумуляции селей; показатели физико-механических свойств селеформирующих грунтов и селевых отложений, включая тиксотропные свойства.

6.19 В районах развития процессов переработки берегов рек, озер, морей и водохранилищ следует дополнительно устанавливать для разработки проекта и отражать в техническом отчете:

основные регионально-геологические и зонально-климатические факторы и условия развития переработки берегов;

ведущие берегоформирующие процессы на территории проектируемого строительства и на прилегающем побережье;

количественную характеристику факторов переработки берегов;

прогноз переработки берегов в пространстве и во времени в ненарушенных природных условиях, а также в процессе строительства и эксплуатации проектируемого объекта;

рекомендации по инженерной защите берегов.

6.20 На подтапливаемых территориях следует дополнительно устанавливать для разработки проекта и отражать в технических отчетах:

наличие, распространение и интенсивность процесса подтопления на освоенных территориях и возможность его возникновения в связи с особенностями проектируемого строительства на вновь осваиваемых территориях; причины и факторы подтопления;

характеристику гидрогеологических условий; параметры водоносных горизонтов, показатели фильтрационных свойств водовмещающих пород и грунтов зоны аэрации;

положение критического (подтапливающего) в соответствии с техническим заданием заказчика уровня подземных вод;

граничные условия в плане и разрезе области фильтрации;

основные закономерности режима подземных вод; составляющие водного баланса;

характер и интенсивность воздействия подтопления на здания и сооружения, их устойчивость и условия эксплуатации;

прогноз подтопления территорий и изменения свойств грунтов и возникновения или активизации неблагоприятных геологических и инженерно-геологических процессов;

рекомендации по защитным сооружениям на период строительства и эксплуатации проектируемого объекта.

6.21 На подрабатываемых территориях следует дополнительно устанавливать для разработки проекта и отражать в техническом отчете:

площади и периоды подработанных и подрабатываемых (с учетом возможной подработки ) территориях; распространение, мощность и глубину залегания толщи полезного ископаемого;

состав и мощность перекрывающих пород; местоположение пройденных подземных горных выработок;

изменение инженерно-геологических условий подработанной территории - провалы, мульды сдвижения, суффозионные воронки и оседания земной поверхности;

нарушение стока поверхностных вод, обмеление, исчезновение и образование новых водотоков и водоемов поверхностных вод;

повышение или понижение уровня подземных вод, исчезновение существующих и образование новых подземных горизонтов, формирование депрессионной воронки; изменение свойств грунтов в зонах сдвижения, оседания и разрыхления пород, возникновение и развитие геологических и инженерно-геологических процессов;

прогноз изменений инженерно-геологических условий на подрабатываемых территориях.

6.22 В сейсмических районах (сейсмичностью 6 баллов и более) следует дополнительно устанавливать для разработки проекта и приводить в техническом отчете:

результаты сейсмического микрорайонирования, включая уточнения исходной сейсмичности территории намечаемого строительства в виде карт (схем) сейсмического микрорайонирования, на которых следует указывать сейсмичность в баллах на момент инженерных изысканий и давать прогноз ее изменений с учетом изменений инженерно-геологических условий в период строительства и эксплуатации объектов. Карты сейсмического микрорайонирования должны сопровождаться основными результатами расчетов, количественными характеристиками прогнозируемых сейсмических воздействий, их повторяемостью (расчетными акселерограммами сильных землетрясений; спектрами реакции и др.);

рекомендации по мероприятиям инженерной защиты.

 

Кристаллография

 

Главные задачи минералогических исследований состоят в выявлении новых видов минерального сырья и открытии новых рудных минералов; в выявлении в минералах высоких концентраций элементов-примесей и в изучении физических свойств минералов. Минералогические и петрографические исследования всегда неразрывно связаны с практическими потребностями народного хозяйства. Наряду с другими геологическими исследованиями они помогают выявлению и разведке разнообразных полезных ископаемых и играют важную роль в обеспечении минерально-сырьевой базы нашей страны.

Кристаллография — наука о кристаллах. Она изучает форму, внутреннее строение, происхождение и свойства кристаллических веществ. По-гречески «кристаллос» означает «застывший на холоде». Так греки называли лед и горный хрусталь, полагая, что последний образовался так же, как и лед, при низкой температуре. Впоследствии кристаллами стали называться все твердые тела, образующиеся в природе и в лабораторных условиях и имеющие многогранную форму. Внешняя форма минерала называется габитус.

В природе хорошо ограненные кристаллы встречаются сравнительно редко; они образуются преимущественно в полых трещинах и пустотах горных пород, где они могут свободно расти. Размеры кристаллов могут быть различными. Мелкие кристаллы, имеющие ясную огранку, видны только под микроскопом, крупные могут достигать в длину 1 м и более.

Поверхность кристаллов ограничена плоскостями, которые носят название граней. Места соединения граней называются ребрами, точки пересечения которых называются вершинами или углами (рисунок 1). Грани, ребра и вершины кристаллов связаны зависимостью: число граней + число вершин = число ребер+2.

Рис. 1. Кристаллы поваренной соли (1) и магнетита (2):

а — грани, б — ребра; а — вершины (углы)

В большинстве случаев кристаллические вещества не имеют ясно ограненной формы, хотя и обладают закономерным внутренним кристаллическим строением.

Кристаллическим веществам присущи следующие важнейшие свойства.

1. Анизотропность (т. е. неравносвойственность). Анизотропными называются такие тела, которые имеют одинаковые свойства в параллельных направлениях и неодинаковые — в непараллельных. Различные физические свойства кристаллов, такие, как теплопроводность, твердость, упругость, распространение света и др., изменяются с изменением направления. В противоположность анизотропным, изотропные тела имеют одинаковые свойства во всех направлениях.

2 Способность самоограняться. Этой специфичской особенностью обладают только кристаллические вещества. При свободном росте кристаллы ограничиваются плоскими гранями и прямыми ребрами, принимая многогранную форму.

3. Симметрия. Симметрией называется закономерная повторяемость в расположении предметов или их частей на плоскости или в пространстве. Все кристаллы являются телами симметричными.

Перечисленные свойства кристаллических веществ объясняются их внутренним закономерным строением. Материальные частицы (атомы, ионы, молекулы) в кристаллическом веществе размещаются не хаотично, а в определенном строгом порядке. Они расположены параллельными рядами, причем расстояния между материальными частицами в этих рядах одинаковы. Эта закономерность в строении кристаллов выражается геометрически в виде пространственной решетки, являющейся как бы скелетом вещества (рисунок 2).

 Представить пространственную решетку можно как бесконечно большое число одинаковых по форме и размеру параллелепипедов, сдвинутых один относительно другого и сложенных так, что они выполняют пространство без промежутков. Вершины параллелепипедов, в которых находятся атомы, ионы или молекулы, называются узлами пространственной решетки, а прямые линии, проведенные через них,— рядами. Любая плоскость, которая проходит через три узла пространственной решетки (не лежащих на одной прямой), называется плоской сеткой. Элементарный параллелепипед, в вершинах которого находятся узлы решетки, носит название ячейки данной пространственной решетки.

Рисунок 2. Пространственная решетка

Таким образом, кристаллическое вещество имеет строго закономерное (решетчатое, или ретикулярное) внутреннее строение (от латинского слова «ретикуля» — сетка).

Отсюда можно дать и более точное определение кристалла. Кристаллами называются твердые тела в виде многогранников, в которых слагающие их частицы (атомы, ионы, молекулы) расположены закономерно, или иначе кристаллы — это твердые тела ретикулярного строения.

Структура вещества, т. е. расположение атомов в данном веществе, при сходных термодинамических условиях всегда одинакова. Это означает, например, что все кристаллы кварца Si02 имеют одинаковое расположение атомов кремния и кислорода.

Структура кристалла, т. е. расположение в нем отдельных частиц, является симметричной. Можно провести плоскости, по отношению к которым все слагающие кристалл частицы располагаются симметрично, можно провести также прямые линии — оси, вокруг которых эти частицы будут закономерно повторяться. Отсюда становится ясным, что и сам кристалл будет обладать плоскостями и осями симметрии, т. е. будет симметричным.

Все отмеченные выше свойства характерны лишь для кристаллических веществ. В аморфных веществах («аморфный» по-гречески означает «бесформенный») нет общего закономерного внутреннего строения; составляющие их частицы расположены беспорядочно, поэтому они изотропны, не обладают симметрией и не могут самоограняться. Расположение частиц в них такое же, как в жидкости, поэтому их иногда сравнивают с переохлажденными жидкостями. Примерами аморфных веществ могут служить стекло, пластмасса, клей, смола, затвердевшие коллоиды (гели).

Каждый кристалл имеет определенную структуру, т. е. определенное расположение составляющих его материальных частиц. Все кристаллы одного и того же минерала имеют одинаковую структуру, а так как их внешняя форма есть следствие внутреннего строения, то они должны иметь одинаковые гранные углы:

В самом деле, если мы имеем различные кристаллы какого-либо минерала, например кварца, то независимо от величины кристалла, способов его образования, формы и размера граней, углы между соответственными гранями будут всегда постоянными (рисунок 3).

Рис. 3. Кристаллы кварца, иллюстрирующие закон постоянства углов

Это положение, известное как закон постоянства гранных углов, формулируется следующим образом: углы между соответствующими гранями во всех кристаллах одного и того же вещества при одинаковых условиях давления и температуры постоянны. Поскольку углы между соответствующими гранями кристаллов одного и того же минерала всегда равны, эта закономерность может служить основанием для их диагностики.

Симметрия есть закономерная повторяемость в расположении фигур или их частей на плоскости или в пространстве. Эта закономерность выражается, например, в совмещении частей фигуры при отражении в плоскости или вращении фигуры вокруг какой-либо оси. В природе симметрия проявляется в большом разнообразии и особенно характерна для кристаллов. Она является их важнейшим и специфическим свойством, отражающим закономерность внутреннего строения.

Рассмотрим симметрические преобразования, или элементы симметрии.

1. Плоскость симметрии. Это воображаемая плоскость, которая делит фигуру на две равные части так, что одна из частей является зеркальным отражением другой. Плоскость симметрии обозначается буквой Р, Точка а ₁ (рисунок 4) отразится в плоскости Р в точке a₂, последняя будет находиться за плоскостью симметрии, на перпендикуляре к ней и на таком же расстоянии от нее, как и точка а₁. Прямая а₁б₁ в результате отражения займет положение а₂б₂, фигура а₁б₁с₁ отразится в плоскости как а₂б₂с₂.

Если плоскостей симметрии в данном кристалле несколько, то перед обозначением плоскости ставится их число, например 3P

 

Рисунок 4. Плоскость симметрии (Р)    Рисунок 5. Девять плоскостей симметрии                                                      (9Р) в кубе.

Три главных плоскости (а) и шесть диагональных (б)

(три плоскости симметрии имеет спичечная коробка). В кристаллах могут быть одна, две, три, четыре, пять, шесть, семь и девять плоскостей симметрии (рисунок 4). Теоретически можно доказать, что восьми и более девяти плоскостей симметрии в кристаллах быть не может. Многие кристаллы вообще не имеют ни одной плоскости симметрии.

2. Центр симметрии (иногда заменяется термином «центр инверсии»). Центром симметрии называется такая точка внутри фигуры, при проведении через которую любая прямая встретит на равном от нее расстоянии одинаковые и обратно расположенные части фигуры. Центр симметрии обозначается буквой С. Если каждая грань кристалла имеет себе равную, параллельную, хотя и обратно расположенную грань, то данный кристалл обладает центром симметрии. Некоторые кристаллы могут не иметь центра симметрии.

3. Оси симметрии. Осью симметрии называется воображаемая прямая, при повороте вокруг которой всегда на один и тот же угол происходит совмещение равных частей фигуры.

При повороте на 360° совмещение граней в разных кристаллах возможно два, три, четыре или шесть раз (т. е. при каждом повороте на 180, 120, 90 и 60°). Ось симметрии обозначается буквой L (или G), порядок оси показывает, сколько раз при повороте на 360° произойдет совмещение каждой из граней. Так, в кристаллах возможны оси второго L₂, третьего L₃, четвертого L₄ и шестого L₆ порядков (рисунок 6).

 

Рисунок 6. Оси симметрии: L₂, L з, L₄ и L₆

Оси симметрии L₂, Lз, L₄ и L₆ называются осями симметрии высшего порядка. Оси симметрии пятого и выше шестого порядка в силу закономерностей внутреннего строения кристаллов невозможны. Ось симметрии первого порядка L1 показывает, что для совмещения фигуры с ее начальным положением нужно сделать поворот на 360°; это соответствует полному отсутствию симметрии, ибо любой предмет при повороте на 360° вокруг любого реального направления совместится с самим собой.

В таблице 1 дана классификация кристаллов: показаны категории, даны наименования сингоний и наибольшее число элементов симметрии, возможное в данной сингоний, приведены примеры минералов, относящихся к этой сингонии.

 

Таблица 1-Классификация кристаллов

 

Категории	Сингония	Наибольшее число элементов симметрии в данной сингонии	Минералы
Низшая	Триклинная Моноклинная Ромбическая Тригональная	С L2PC 3L2 3PC L33L23PC	Полевые шпаты Гипс Сера, топаз Кварц, кальцит
Средняя	Тетрагональная Гексагональная	L44L25PC L66L27PC	Халькопирит Апатит, берилл
Высшая	Кубическая	3L44L36L29PC	Галит, алмаз, пирит

 

В кристаллах возможны только 32 сочетания элементов симметрии, или, как говорят, 32 вида симметрии. Виды симметрии объединяются в сингонии (от греческого «син» — сходно и «гония» — угол) или системы. Всего различают семь сингоний.

Триклинная, моноклинная и ромбическая сингонии называются низшими, потому что они не имеют осей симметрии выше второго порядка (L₂).

Тригональная, тетрагональная и гексагональная сингонии называются средними; они имеют одну ось симметрии высшего порядка, соответственно L₂ L₄, L₆.

Кубическая сингония имеет несколько осей симметрии высшего порядка (L₃, L₄); она называется высшей сингонией.

Совокупность граней, которая может быть получена из исходной грани при действии всех элементов симметрии данного кристалла, называется простой формой. Следовательно, это такая фигура в кристалле, все грани которой при равномерном развитии по размеру и форме одинаковы. В кристалле могут присутствовать одна, две или несколько простых форм. Сочетание двух или нескольких простых форм называется комбинацией.

Простые формы могут замыкать и не замыкать пространства; они соответственно называются открытыми и закрытыми.

Так, например, кристалл циркона, изображенный на рисунок 7, представляет собой комбинацию двух простых форм: тетрагональной призмы (грань а) и тетрагональной дипирамиды (грань р). Призма является открытой формой, поскольку она не замыкает пространства, дипирамида же — закрытая форма, так как она полностью замыкает пространство, пусть даже на продолжении своих граней.

Рисунок 7. Образование комбинации простых форм у кристалла циркона:

а—(100) — тетрагональная призма; р(111) — тетрагональная дипирамида

Чтобы различить на кристаллах простые формы, нужно, прежде всего, знать правило: сколько на равномерно развитом кристалле разных граней, столько будет и простых форм. На описанном кристалле циркона различаются грани двух видов, следовательно, имеются и две простые формы.

Рассмотрим простые формы, встречающиеся в различных сингониях. Для понимания названий простых форм следует знать некоторые греческие слова, от которых происходят эти названия: «эдра» — грань, «пинакс» — доска, «моно» — один, «ди» — два, «три» — три, «тетра» — четыре, «пента» — пять, «гекса» — шесть, «окта» — восемь, «дека» — десять, «додека» — двенадцать, «скалена» — разносторонний треугольник, «трапеца» — четырехугольник, сложенный равнобедренным и разносторонним треугольниками.

В низших сингониях возможны следующие простые формы (рисунок 8).

Моноэдр — простая форма, представленная одной гранью.

Пинакоид — две равные параллельные грани, которые иногда могут быть обратно расположенными.

Диэдр — две равные пересекающиеся грани (могут пересекаться на своем продолжении).

Ромбическая призма — четыре равных попарно параллельных грани; в сечении образуют ромб.

Рисунок 8. Простые формы низших сингоний:

а —моноэдр; б — пинакоид; в —диэдр; г—ромбическая призма; д — ромбический тетраэдр; е — ромбическая пирамида; ж — ромбическая дипирамида

Ромбическая пирамида — четыре равные пересекающиеся грани; в сечении также образуют ромб.

Перечисленные простые формы относятся к открытым, так как они не замыкают пространства. Присутствие в кристалле открытых простых форм, например, ромбической призмы обязательно вызывает присутствие других простых форм, например, пинакоида или ромбической дипирамиды, необходимых для того, чтобы получилась замкнутая фигура.

Из закрытых простых форм низших сингоний отметим следующие.

Ромбическая дипирамида — две ромбические пирамиды, сложенные основаниями; форма имеет восемь равных граней, дающих в поперечном сечении ромб;

Ромбический тетраэдр — четыре грани, замыкающие пространство и имеющие форму косоугольных треугольников.

В средних сингониях из перечисленных выше простых форм могут присутствовать только моноэдр и пинакоид. Открытыми простыми формами средних сингоний будут призмы и пирамиды.

В соответствующих сингониях могут быть тригональные, тетрагональные и гексагональные призмы (рисунок 9).

 

Рисунок 9. Призмы средних сингонии:

а — тригональная; б — тетрагональная;

в — гексагональная;      г — дитригональная;

д — дитетрагональная; е — дигексагональ-

ная

Сечения, перпендикулярные к осям высшего порядка Lз, L₄ или L₆, будут иметь форму треугольника, квадрата или шестиугольника. Могут быть призмы с удвоенным числом граней: дитригональная , дитетрагональная и дигексагональная. В последнем случае все грани равны, но одинаковые углы между ними чередуются через один. Пирамиды (рисунок 10) также могут быть тригональные (и дитригональные), тетрагональные (и дитетрагональные), гексагональные (и дигексагональные). В поперечном сечении они также дают треугольник, квадрат и шестиугольник или удвоенные указанные фигуры.

 

 

Рисунок 10. Пирамиды средних сингонии:

а —тригональная; б — тетрагональная; в — гексагональная;

г — дитригональная; д — дитетрагональная;

е — дигексагональная

К закрытым формам относятся дипирамиды, скаленоэдры, трапецоэдры, ромбоэдр и тетрагональный тетраэдр.

Дипирамиды могут быть тригональные, тетрагональные и гексагональные или при удвоении числа граней — дитригональные , дитетрагональные и дигексагональные (рисунок 11). Дипирамиды представляют собой две пирамиды, сложенные основаниями.

Рисунок 11. Дипирамиды средних сингоний: а — тригональная;

       б — тетрагональная; в — гексагональная; г — дитрнгональная;

д — дитетрагональная; е —дигексагональная

 Скаленоэдр (рисунок 12)—простая форма, состоящая из равных разносторонних треугольников. Скаленоэдры встречаются только в тригональной и тетрагональной сингониях.

Рисунок 12. Скаленоэдры: а — тетрагональный; б —тригональный

Трапецоэдр (рисунок 13) напоминает дипирамиду. Грани этой простой формы имеют вид четырехугольников, а боковые ребра не лежат в одной плоскости. Трапецоэдры возможны лишь в тех видах симметрии, где отсутствуют плоскости симметрии.

Рисунок 13. Трапецоэдры: а — тригональный, б — тетрагональный,

в — гексагональный

Ромбоэдр (рисунок 14) состоит из шести граней в виде ромбов, напоминает вытянутый или сплющенный по диагонали куб.

Рисунок 14. Ромбоэдр

Он возможен только в тригональной и гексагональной сингониях.

Тетрагональный тетраэдр (рисунок 15) представляет собой четыре равные грани в виде равнобедренных треугольников.

Рисунок 15. Тетрагональный тетраэдр

В кубической сингонии имеется 15 простых форм, все они закрытые. Простые формы низших и средних сингонии в кубической сингонии не встречаются.

 Куб (гексаэдр) представляет собой шесть попарно параллельных квадратных граней (рисунок 16). Если каждую грань куба заменить четырьмя треугольными гранями, то получится простая форма, которая называется тетрагексаэдр.

Рисунок 16. Куб или гексаэдр (а) и тетрагексаэдр (б)

 

Октаэдр (рисунок 17) представляет собой совокупность восьми попарно параллельных граней. Если каждая грань октаэдра замещена тремя гранями (триоктаэдр), то по количеству сторон этих граней различают тригонтриоктаэдр, тетра гонтриоктаэдр и пентагонтриоктаэд р. При замещении грани октаэдра шестью гранями получим гекса-октаэдр, состоящий из 48 граней.

Рисунок 17. Простые формы, выводящиеся из октаэдра:

а — октаэдр; б —тригонтриоктаэдр; в — тетрагонтриоктаэдр; г — пентагонтриоктаэдр; д — гексаоктаэдр

Тетраэдр кубической сингонии состоит из четырех равносторонних треугольников,замыкающих пространство (рисунок 18).

 

Рисунок 18. Простые формы, выводящиеся из тетраэдра:

а — тетраэдр; б — тригонтритетраэдр; в — тетрагонтритетраэдр; г — пентагонтритетраэдр; д — гексатетраэдр

Если каждую грань тетраэдра заменить тремя гранями, то по аналогии с октаэдром получим тригонтритетраэдр, тетрагонтритетраэдр и пентагонтритетраэдр. При замещении каждой грани тетраэдра шестью гранями получается гексатетраэдр.

Ромбододекаэдр представляет собой простую форму, состоящую из 12 граней в виде ромбов (рисунок 19, а).

Пентагондодекаэдр также состоит из 12 граней, но имеющих форму неправильных пятиугольников (рисунок 19, б).

Дидодекаэдр — «удвоенный» додекаэдр, каждая грань которого заменена двумя гранями (рисунок 19, в); состоит из 24 граней.

Рисунок 19. Ромбододекаэдр (а), пентагондодекаэдр (б) и дидодекаэдр (в)

После обзора простых форм по сингониям рассмотрим некоторые комбинации их. Комбинации нескольких простых форм для кристаллов моноклинной и ромбической сингоний соответственно показаны на примерах ортоклаза (рисунок 20) и оливина (рисунок 21). Разбор комбинаций форм для кристаллов средних сингоний приведен на рисунках кристаллов циркона (рисунок 7), кальцита (рисунок 22) и берилла (рисунок 23). Примеры комбинации простых форм для кристаллов кубической сингоний даны на рисунках кристаллов граната (рисунок 24), сфалерита

Рисунок 20   Рисунок 21 Рисунок 22 Рисунок 23

 

Рисунок 20. Ортоклаз. Формула симметрии L₂PC. Простые формы: 4 пинакоида —б(010), с(001), 3 ромбические призмы m(110), z(130)

Рисунок 21. Оливин. Формула симметрии 3L₂3PC. Простые формы: 3 пинакоида а(100), б(010), с(001) 3 ромбические призмы m(110), d(101), k(021), ромбическая дипирамида е(111)

Рисунок 22. Кальцит. Формула симметрии L₃3L₂3PC. Сингония тригональная. Простые формы: гексагональная призма m(1010), ромбоэдр е(0112), дитри-гональной скаленоэдр (3251)

Рисунок 23. Берилл. Формула симметрии L₈6L₂7PC. Простые формы: пинакоид с(0001), гексагональная призма m(1010), две гексагональные дипирамиды p(1011) и s(1121)

   Рисунок 24      Рисунок 25          Рисунок 26   

 

Рисунок 24. Гранат. Формула симметрии 3L₄4_L36L₂9PC. Простые формы: ромбододекаэдр d (110) и тетрагонтриоктаэдр п (211)

Рисунок 25. Сфалерит. Формула симметрии 3L₄4L₃6P. Простые формы: куб а(100), тетраэдр о(111), ромбододекаэдр d(110)

Рисунок 26. Галенит. Формула симметрии 3L₄4L₃6L₂9PC. Простые формы:куб а (100), октаэдр о (111), два тригонтриоктаэдра p(221) и q(331)

При определении простых форм в комбинациях нельзя основываться на форме граней, так как грани куба не всегда будут квадратами, грани ромбоэдра — ромбами и т. д. Сочетание нескольких простых форм иногда совершенно искажает какую-либо из них в ее полном развитии.

Все сказанное касается, как уже отмечалось, кристаллов в их идеальном развитии. Знакомясь на практике с реальными кристаллами и минералами, мы увидим, что такое развитие кристаллов является редкостью (гранаты, пирит, кварц, топаз и др.). Кристаллы нередко кажутся несимметричными. Это зависит от условий их роста. Для того чтобы обнаружить симметрию кристалла, необходимо замерить его углы.

В природе кристаллы встречаются не только в виде отдельных индивидов, но и в виде сростков. Сростки двух или нескольких кристаллов могут быть закономерными и незакономерными. Незакономерные срастания кристаллов образуют друзы (или щетки) и разнообразные другие формы, в которых срастаются зерна минералов, не обязательно ограниченные естественными плоскостями кристаллов. Подобные срастания весьма характерны для кварца, топаза, кальцита и многих других кристаллов. К закономерным сросткам относятся двойники, т.е. такие сростки, в которых один кристалл является зеркальным отражением другого, или повернут относительно другого на 180°. Плоскость, по которой два кристалла срастаются друг с другом, называется плоскостью срастания. В двойниках срастания плоскость срастания четко отделяет один кристалл от другого, в двойниках прорастания кристаллы как бы прорастают друг в друга, срастаясь нередко по извилистым поверхностям.

Образование двойников весьма характерно для многих минералов, в том числе очень распространенных — кварца и полевого шпата. Двойникование в кристаллах может повторяться несколько раз. При этом образуются тройники, четверники и в случае большего числа индивидов — полисинтетические двойники. Необходимо отметить, что двойники образуются не только срастанием двух или более ограненных кристаллов,— они возникают и в кристаллических агрегатах, например, при перекристаллизации.

 

 

⇐ Предыдущая45678910111213

Поделиться: