|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВСтр 1 из 7Следующая ⇒
ГЕОлогИЯ методические указания к лабораторным работам для студентов всех форм обучения и МИППС направления 08.03.01 – Строительство
Краснодар 2015
Составитель д.г.н., профессор В.В. Дьяченко Геология: методические указания к лабораторным работам для студентов всех форм обучения и МИППС направления бакалавриата: 08.03.01 – Строительство / Сост.: В.В. Дьяченко; Кубан. гос. технол. ун-т. Каф. Общенаучных дисциплин. – Краснодар: Изд. КубГТУ, 2015. – 56 с.
Изложены введение в дисциплину, рекомендации к выполнению лабораторных работ, варианты заданий и контрольные вопросы
Библиогр.: 6 назв. Содержание
Введение Геология одна из многих дисциплин, вышедших в свое время из общей геологии (в переводе с греческого - слово или наука о Земле) по мере накопления знаний и расширения масштабов преобразования человеком поверхности и недр Земли. Создание все более сложных, дорогостоящих и масштабных инженерных сооружений привело к необходимости обобщения результатов практических и теоретических работ и выделения в отдельную науку отрасль геологии, изучающую верхние горизонты земной коры и ее динамику в связи с задачами промышленного и гражданского строительства. Таким образом, в современном понимании инженерная геология изучает строение и динамику верхней части земной коры в связи с инженерной деятельностью человека. Основная задача инженерно-геологических исследований – исследование геологических условий строительства с целью наиболее рационального размещения сооружений, обоснования выбора надежной конструкции, обеспечивающих устойчивую и экономичную эксплуатацию. Геология является комплексной наукой, так как изучает физико-механические свойства горных пород, которые являются основанием сооружений, исследует геологические процессы, оказывающие влияние на сооружения, разрабатывает мероприятия по борьбе с этими процессами. Поэтому она включает в себя наиболее важные разделы многих естественнонаучных дисциплин, каждая из которых имеет длительную историю развития, свой специфический предмет и понятийный аппарат: геологии, гидрологии, гидрогеологии, грунтоведения, мерзлотоведения и других. Важной задачей преподавания дисциплины, является формирование целостного восприятия Земли, подготовка специалистов способных мыслить системно, оценивать состояние окружающей среды и инженерных сооружений, осознавая особенности функционирования природно-техногенных комплексов во взаимосвязи. Выполнение лабораторных работ имеет цель – закрепление теоретического материала и освоение практических навыков работы с геологической документацией. Данные методические указания содержат инструкции к выполнению лабораторных работ и контрольные вопросы. Лабораторная работа №1 ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ МИНЕРАЛЫ Целью данной лабораторной работы является изучение основного строительного материала Земной коры – минералов. Знание минералов позволяет определять типы состоящих из них горных пород, являющихся основанием для зданий и инженерных сооружений. Разнообразие и распространенность минералов определяется распространенностью образующих их химических элементов. В связи с неравномерным распределением химических элементов в Земной коре одни минералы встречаются очень часто, другие чрезвычайно редки. Изучением различных особенностей и свойств минералов занимаются различные науки – минералогия, кристаллография, кристаллохимия и др. В рамках данного курса будут изучены только основные, физические и диагностические свойства наиболее часто встречающихся, породообразующие минералов. ПОНЯТИЕ О МИНЕРАЛАХ Минерал - природное химическое соединение или элементарное вещество, образовавшееся при определенных физико-химических процессах в земной коре, в водной оболочке или атмосфере, а также при взаимодействии между ними. Минералы в природе находятся преимущественно в твердом состоянии, реже встречаются жидкие (ртуть, вода) и газообразные (горючие газы, углекислый газ) минералы. В настоящее время известно свыше 3000 минералов. Подавляющее большинство из них твердые тела. Не все они встречаются в земной коре в одинаковых количествах. Одни из минералов более распространены и являются основными частями горных пород, поэтому их называют породообразующими. Их около 50. Другие встречаются довольно редко, в качестве примесей, их называют акцессорными. По своему строению твердые минералы делятся на кристаллические и аморфные. Кристаллические имеют форму более или менее хорошо выраженных многогранников, либо неправильных зерен или сплошных масс, а аморфные образуют бесформенные массы и встречаются значительно реже.
1. ФОРМЫ НАХОЖДЕНИЯ МИНЕРАЛОВ В ПРИРОДЕ
В природе кристаллические минералы встречаются как в виде одиночных кристаллов или их сростков, так и в виде скоплений, называемых минеральными агрегатами. Эти агрегаты состоят из компонентов, обладающих внутренним кристаллическим строением. Среди минералов выделяются три группы, обладающие характерным обликом, или габитусом, кристаллов: 1) изометрические, одинаково развитые по всем трем направлениям - магнетит, пирит, гранат, галит, галенит; 2) удлиненные в одном направлении - призматические, столбчатые, игольчатые и лучистые, - барит, кварц, селенит, актинолит, турмалин и др.; 3) вытянутые в двух направлениях - таблитчатые, пластинчатые, листоватые и чешуйчатые, - слюды и др. Некоторые минералы образуют закономерно сросшиеся кристаллы, которые называются двойниками, тройниками и т.д. Двойники возникают в результате взаимного прорастания или срастания кристаллов. Не следует смешивать закономерные сростки с незакономерными агрегатами кристаллов, например, с друзами и “щетками”, нарастающими на стенках полостей и пещер в горных породах. Друзы - это сростки более или менее правильных кристаллов, часто приросших одним концом к породе. для их образования необходимы открытые полости, в которых может происходить свободный рост кристаллов. Щетки - сростки кристаллов на ровной поверхности. Кроме того, для многих кристаллических минералов типичны сложные неправильные формы - дендриты, натечные агрегаты и т.д. Дендриты возникают в результате быстрой кристаллизации минералов в тонких трещинах и порах породы и напоминают причудливые по форме ветки растений. Иногда минералы почти целиком заполняют небольшие пустоты, образуя секреции. Для секреций типично концентрическое строение. Заполнение их минеральным веществом происходит от периферии к центру. Мелкие секреции (до 10 мм в поперечнике), возникающие при выпадении минерального вещества из водных растворов в излившихся породах называются оолитами, а крупные секреции с оставшейся в середине пустотой - жеодами. Конкреции представляют собой стяжения или неправильной округлой формы; они формируются в результате отложения минерального вещества вокруг какого-либо центра кристаллизации, часто имеют радиально-лучистое внутреннее строение. В отличие от секреций рост конкреций идет от центра к периферии. Очень часто в виде конкреций встречается фосфорит и марказит.. Если кристаллизация веществ из растворов происходит медленно или раскристаллизации подвергаются коллоиды, то при этом формируются натечные формы, имеющие вид сосулек, почек, гроздей, прожилков, жил или гнезд. Натеки свисающие в виде сосулек сверху. называются сталактитами, а нарастающие им навстречу - сталагмитами. Иногда на поверхности горных пород наблюдаются тонкие пленки минералов, называемые налетами, выцветами. Землистые массы, как показывает само название, мягкие мучнистые образования, в которых отдельные зерна невозможно различить даже с помощью лупы. они обычно возникают в виде корок или же скоплений на месте разрушения (выветривания) горных пород. Перечисленные формы агрегатов минералов встречаются в виде более или менее изолированных друг от друга скоплений и тел. Основные массы минералов образуют кристаллически-зернистые или обломочно-зернистые агрегаты. Иногда минералы принимают несвойственную им кристаллографическю форму, создавая точную копию другого минерала или органического образования. Такие формы называются псевдоморфозами (ложными формами). Простейшим примером псевдоморфоз являются окаменелости, в которых органическое вещество животного или растения целиком заменяется кальцитом, опалом или халцедоном, но при этом сохраняются все особенности первоначальной формы.
Самородные элементы К классу самородных элементов относятся платина, золото, серебро, алмаз, графит, сера, медь и др. Эти минералы состоят из одного химического элемента или смеси двух элементов, в общей массе земной коры они составляют не более 0, 05%, и чрезвычайно важны в практическом отношении. Вольфраматы Это соли вольфрамовой кислоты. Наиболее распространены вольфрамит и шеелит. Фосфаты Это соли фосфорных кислот. В этот класс входит большое число минералов. Породообразующими из них являются апатит и фосфорит. Галоиды Соли галогеноводородных кислот (соляной, фтористоводородной, бромистоводородной и др.) образуют около 100 минералов. Многие галоиды растворяются в воде и образуются осаждением из водных растворов. Наиболее распространенные минералы этого класса хлористые соединения - флюорит, галит, сильвин, карналлит. Сульфаты Минералы этого класса являются щелочными и щелочно-земельными солями серной кислоты. Все они имеют много общих характерных черт. Большинство из них бесцветны или белого цвета. Твердость сульфатов обычно не превышает 2-2, 5. Обладают совершенной спайностью. Часто являются продуктом выпадения из морских водных растворов. Главные минералы этого класса - гипс, барит, ангидрит, мирабилит. Сульфиды Это сернистые соединения металлов и некоторых неметаллов. Их насчитывается около 200. Наиболее распространены пирит, халькопирит, галенит, сфалерит, борнит, киноварь, марказит, пирротин, пентландит, молибденит, антимонит, арсенопирит. Оксиды и гидроксиды Эти минералы представляют собой соединения элементов с кислородом и гидроксогруппой ОН. Они составляют около 17% земной коры. Наиболее важны оксиды кремния - кварц, халцедон, железа - магнетит, гематит и алюминия - корунд. Из гидроксидов заслуживают внимания опал и лимонит. Карбонаты К классу карбонатов относятся соли угольной кислоты. Они часто встречаются в верхних частях земной коры и насчитывают около 80 минеральных видов. Наиболее распространены в осадочных породах: кальцит, доломит, магнезит. В зоне выветривания медных сульфидных месторождений образуются малахит и азурит. Силикаты Земная кора на 85% сложена силикатами. Силикаты - производные кремнистой кислоты (H2SiO3), содержащие SiO2. Для них характерно разнообразие отношения кремнезема к основанию и большое число соединений переменного состава. Выяснено, что основой структуры силикатов, является скелет из кремнекислородных групп с очень сильными связями Si - O. Современная классификация силикатов основана на типах их кремнекислородных скелетов. Основная структурная единица силикатов - кремнекислородный тетраэдр SiO4, в вершинах которого находятся атомы кислорода, а в центре атом кремния. Этот анион способен образовывать сложные постройки путем соединения двух или более тетраэдров через общий атом кислорода. Таким образом, в зависимости от способа соединения тетраэдров все силикаты подразделяются на: 1. островные (гранат, топаз, оливин) 2. кольцевые (турмалин) 3. цепочные (диопсид) 4. ленточные (роговая обманка, актинолит) 5. листовые (тальк, серпентин (хризотил-асбест), каолинит, мусковит, биотит, хлориты) 6. Каркасные (микроклин и ортоклаз - полевые шпаты; альбит, анортит и лабрадор - плагиоклазы ). ВЫПОЛНЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ: Перед началом выполнения работы следует получить у преподавателя следующие инструменты: 1. Шкала Мооса; 2. 5%-й раствор соляной кислоты (Hcl); 3. Железные гвозди; 4. Стекло; 5. Фарфоровую (керамическую) пластину; 6. Геологический компас; 7. Определитель минералов.
Задание 1: Изучите диагностические свойства минералов. Задание 2: Изучите коллекцию минералов и их классификацию. После выполнения лабораторной работы следует ее защитить: ответить на контрольные вопросы и определить пять контрольных образцов.
Контрольные вопросы: 1. Дайте определение минерала. 2. Какие минералы называют породообразующими, акцессорными? 3. Что понимают под минеральными агрегатами? 4. Что такое габитус и на какие виды габитуса Вы знаете? 5. Какие сростки кристаллов Вы знаете? 6. Что такое псевдоморфоза? 7. Что такое иризация? 8. Что такое побежалость? 9. Что такое цвет черты и как ее получить? 10. Дайте определение прозрачности. Как делятся минералы по степени прозрачности? 11. Какие виды блеска Вы знаете? 12. Что такое спайность? Какие степени спайности принято различать? 13. Приведите виды изломов? 14. Дайте определение твердости. Чем отличается относительная твердость от абсолютной? 15. Перечислите минералы из шкалы Мооса. 16. Приведите твердость подручных средств. 17. На какие группы делятся минералы по удельному весу? 18. Каким минералам присущи магнитные свойства? 19. Минералы какого класса реагируют с HCl? 20. Какие минералы обладают вкусом, запахом? 21. Что лежит в основе классификации минералов? 22. На какие 10 классов делятся минералы? 23. Что является основной структурной единицей силикатов? 24. Какие группы силикатов Вы знаете? 25. Расскажите классификацию минералов. 26. Минералы каких классов наиболее многочисленны? 27. Назовите наиболее распространенные минералы. Лабораторная работа №2 ГОРНЫЕ ПОРОДЫ Целью данной лабораторной работы является изучение образований, определяющих прочностные свойства Земной коры и являющихся основаниями для всех градостроительных объектов и других инженерных сооружений. Эти образования в Земной коре называются горными породами. Горные породы очень разнообразны по минеральному и химическому составу, происхождению, что определяет их различную несущую способность, деформационные свойства и другие очень важные с точки зрения строительства характеристики горных пород. Знание и умение различать горные породы важно не только для проектировки инженерных сооружений, расчета оснований и фундаментов, но и для строителей при вскрытии котлована. Необходимо постоянно контролировать соответствие наименования, последовательность залегания и мощность пластов различных горных пород (инженерно-геологических элементов) в котловане, для своевременного обнаружения отличий от разреза выданного, организацией проводившей инженерно-геологические изыскания. ПОНЯТИЕ О ГОРНЫХ ПОРОДАХ Горные породы - это минеральные агрегаты, слагающие земную кору и состоящие из устойчивых сочетаний однородных (мрамор) или различных минералов (гранит). По этому признаку горные породы разделяют на мономинеральные и полиминеральные. Они являются продуктами разнообразных геологических процессов, имевших место, как в прошлом, так и происходящих в настоящее время. На основании изучения горных пород восстанавливают механизм и условия, в которых они образовались. Эту задачу решают путем определения минерального состава и характерных для данной породы признаков – строения (структуры), сложения (текстуры) и минерального состава. Структура – это сумма признаков строения, которые характеризуют степень кристалличности, а также величину и форму минералов, из которых состоит горная порода. Текстура –это совокупность признаков, характеризующих расположение составных частей породы относительно друг друга и в пространстве. Текстуры, как правило, изучаются макроскопически, причем часто наиболее важные наблюдения получают в поле при изучении обнажений. Горные породы по своему происхождению подразделяются на магматические, осадочные, метаморфические. МАГМАТИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
Магматические горные породы образуются в результате кристаллизации и затвердевания природных силикатных расплавов, и поэтому для них характерен силикатный состав. Они слагают более 60% объема земной коры и весьма разнообразны по условиям залегания, строению, химическому и минералогическому составу. В зависимости от условий, в которых происходит застывание магмы, магматические породы делятся на две группы: а) глубинные, или интрузивные, образовавшиеся при застывании магмы, внедрившейся в земную кору; б) излившиеся, или эффузивные, связанные с застыванием лавы, т.е. огненной массы, изливавшейся на поверхность Земли при вулканическом извержении и потерявшей при этом часть своих летучих компонентов. Интрузивные(глубинные) в свою очередь делятся на собственно глубинные (абиссальные), застывшие на больших (3-5 км и более) глубинах, и полуглубинные (гипабиссальные) породы, образовавшиеся при застывании магмы вблизи поверхности (на глубинах до 2-3 км). Интрузивные и эффузивные породы отличаются текстурой и структурой. Для интрузивных пород характерна полнокристаллическая структура, для эффузивных – неполнокристаллическая и стекловатая. Интрузивные породы образуются при медленном остывании магмы на значительных от поверхности глубинах, что позволяет образовываться и расти кристаллам. Таким образом, образуются породы с полнокристаллической структурой и массивной текстурой (минералы распределены в породе равномерно). Эффузивные(излившиеся) породы образуются при очень быстром остывании магмы, когда магматический расплав изливается на поверхность, а кристаллизация не поспевает за остыванием, и магма превращается в горные породы с неполнокристаллической (скрытокристаллической), порфировой или стекловатой структурой. Часто породы сохраняют признаки движения лавы в виде ориентировки удлиненных кристаллов в стекловатой массе (флюидальная текстура). Со временем структура эффузивных пород меняется: стекловатые и скрытокристаллические массы раскристаллизовываются. Однако, облик пород, имеющих вторичные структуры, резко отличается от пород свежих, молодых (кайнотипных). Породы со вторичной структурой характерной для древних пород, по аналогии называют палеотипными. Основные типы структур приведены в таблице 1. Основными типами текстуры магматических пород являются: массивная (компактная, плотная), характерная для интрузивных пород и встречающаяся иногда у эффузивных; пористая (пузырчатая), присущая только излившимся породам, и обусловленная выделением газов из застывающей лавы. Пустоты в эффузивных породах со временем могут заполниться минеральным веществом, и тогда текстуру эффузивных пород называют миндалекаменной. Нередко эффузивным породам свойственна флюидальная текстура со следами течения (длинная ось минеральных зерен породы ориентирована по направлению потока). Таким образом, по структуре и текстуре можно определить условия образования горной породы. Отличительной особенностью магматических пород является то, что они сложены очень небольшим числом минералов. При исследовании магматических пород необходимо уметь определять эти минералы. Среди породообразующих минералов магматических пород на долю полевых шпатов приходится 60%, на долю кварца и пироксенов примерно по 12%, остальные 16% приходятся на долю акцессорных (сопутствующих) и вторичных минералов.
Таблица 1- Основные структуры магматических пород
Схема классификации магматических пород Таблица 2
Лабораторная работа №3 ОБРАЩАЕМ ВАШЕ ВНИМАНИЕ на то, что определение типа реки следует начинать с определения группы рек (с весенним половодьем, половодьем в теплую часть года или паводочным режимом).
Если возникли сложности с определением типа реки, то попытайтесь решить задачу методом исключения, постепенно отбрасывая менее всего подходящие, на Ваш взгляд, варианты. Таким образом, у Вас останется один или два спорных варианта, при более внимательном рассмотрении которых Вы сможете окончательно определиться с выбором.
Заключение Отчет по лабораторной работе составляется на миллиметровой бумаге (или " в клеточку" ) вместе с графиком расходов. В верхней части приводятся исходные данные, условные обозначения и ответы на вопросы по пунктам. В нижней части листа приводится сам график. Законченный отчет подписывается исполнителем. В правом верхнем углу указывается номер варианта.
Контрольные вопросы: 1. Что такое половодье? 2. Что такое паводок? 3. Что такое межень? 4. Чем отличается половодье от паводка? 5. Какой вид питания, в основном, формирует максимальный сток? ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-08; Просмотров: 642; Нарушение авторского права страницы