Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Класс силикаты и алюмосиликатыСодержание книги Поиск на нашем сайте
Наиболее распространенные породообразующие минералы. Около 1/3 всех известных минеральных видов. По весу составляют более ¾ от всей земной коры. Основа структуры - кремнекислородный тетраэдр (ККТ) – [SiO4.] - рис. 6. Связь Si-O можно рассматривать как промежуточную между ионной и ковалентной, а тетраэдрическое пространственное расположение связей Si-O объясняется с учетом sp3- гибридизации кремневых орбиталей. В силикатах углы связей в большинстве тетраэдров близки к 109,5о. Формальный заряд ККТ - 2-. Рис. 6. Кремнекислородный тетраэдр
Кремний в тетраэдре может частично (до 50%) замещаться на алюминий. В ленточных и слоевых силикатах часто присутствуют гидроксильные группы. Главными катионами в силикатах являются K, Na, Ca, Mg, Fe. Среди катионов в силикатах широко проявлен изоморфизм. Алюминий в силикатах играет двоякую роль: а) он может быть внешним катионом – тогда минерал будет силикат алюминия; б) может замещать кремний в центре тетраэдра – тогда минерал будет алюмосиликат; в) алюминий может одновременно выполнять две функции. В общей сложности в состав силикатов входит около 60-70 химических элементов с различным размером ионов и характером осуществляемых ими связей. Тетраэдры в силикатах находятся либо в изолированном состоянии, либо соединены между собой с образованием различных пространственных структур – рис. 7. Кремнекислородные тетраэдры соединяются между собой путем обобществления анионов О-2 (вершин). Обобществление ребер и граней у тетраэдров не встречается. Рис. 7. Типы соединения кремнекислородных тетраэдров в силикатах: а – островные силикаты, б – кольцевые силикаты, в – цепочечные силикаты, г – ленточные силикаты, д – листовые (слоевые) силикаты, е – каркасные силикаты
Многообразие силикатов обусловлено: различными вариантами поликонденсации КК-тетраэдров, разнообразием катионов, вхождением добавочных анионов и анионных групп. Классификация силикатов основана на структуре или способе соединения ККТ. Островные силикаты – [SiO4] -4. Ортосиликаты – наиболее многочисленный подкласс минералов. Структуры наиболее прочны и компактны среди всех силикатов; этот фактор, а также высокозарядные и небольшие катионы обеспечивают высокую твердость и плотность минералов. Алюминий всегда является катионом. Иногда входят добавочные анионы – топаз. Тетраэдры не имеют общих вершин. Металлы связываются с кислородом свободной связью. Характерна высокая кристаллизационная способность, хорошие кристаллы. Минералы в зависимости от катионов имеют различную окраску (за счет присутствия элементов-хромофоров). Генезис – преимущественно минералы высоких температур и больших глубин: магматические и метаморфические образования, а также метасоматические. Оливин (перидот) - (Fe,Mg)2[SiO4]. Крайние члены изоморфной серии: форстерит - Mg2[SiO4] и фаялит - Fe2[SiO4]. Сингония ромбическая. Твердость 6,5. В кристаллах встречается редко. Хризолит - прозрачная разновидность. По оливинам развиваются тальк и серпентин. Топаз Al2(F,OH)2[SiO4 ]. Твердость 8. Бесцветный, бледно-голубой, желтый. Обладает слабыми пиро- и пьезоэлектрическими свойствами. Генезис связан с грейзенами, пегматитами. Группа граната. Минералы с общей формулой R3+2 R2+3 (SiO4)3; где R+2 - Mg, Fe, Mn, Ca; а R+3 - Al, Fe, Cr, Mn. В зависимости от катионного состава выделяются различные виды гранатов: альмандин - железо, алюминий; пироп - магний, алюминий; гроссуляр - кальций, алюминий; андрадит - кальций, железо; уваровит - кальций, хром; спессартин - марганец, алюминий. Гранаты образуют изоморфные ряды: пироп – альмандин, гроссуляр – андрадит. Минералы кубической сингонии. Спайность отсутствует; твердость 7-7,5. Группа алюминиевых гранатов (альмандин, пироп, спессартин) называется пиральспиты, кальциевых (гроссуляр, уваровит, андрадит) – уграндиты, между группами редко проявляется смесимость. Демантоид – это прозрачная зеленая драгоценная разновидность андрадита с 1,5% Cr2O3. Кольцевые силикаты – Шестерные кольца - Si6О18. Возможны тройные, четверные кольца, сдвоенные (двухъярусные). Структурные единицы кольцевых силикатов: (Si6O18); (Si4O12); (Si3O9). Отношение Si:Al = 1:3. Небольшое число редких в природе минералов. Берилл Ве3Аl2 (Si6O18). С примесью хрома - изумруд. Голубовато-зеленый – аквамарин (примесь железа). Желтый – гелиодор (примесь железа). Розовый – воробьевит (примесь марганца). Твердость 7,5 -8. Сингония гексагональная. Силикаты со сдвоенными тетраэдрами (Si2O7). Диортосиликаты. Эпидот Ca5(Al,Fe)3 (OH)O (SiO4) (Si2O7) – имеет характерный фисташково-зеленый цвет. Цепочечные силикаты. [Si2O6]. Форма цепочек самая разная, наиболее распространена пироксеновая цепочка с периодом повторяемости в два тетраэдра. Пироксены могут быть ромбические и моноклинные. Структурная единица [SiO3]m-2. Основные катионы Mg, Ca, Na и Fe. Для пироксенов распространенная форма - призмы с восьмиугольным сечением. Спайность по граням призмы под углом около 900. Энстатит Mg2 (Si2O6). Гиперстен (Fe,Mg)(Si2O6). Оба - ромбические пироксены. Твердость 6-6,5. Цвет от белого и светло-серого до темно-коричневого. Ромбические пироксены обычно встречаются в основных и ультраосновных породах с низким содержанием кальция. Диопсид - СаMg(Si2O6). Призматические кристаллы серого и зеленого цвета разных оттенков. Происхождение магматическое и контактово-метаморфическое. Авгит - моноклинный пироксен Ca (Mg, Fe, Al) [(Si,Al)2O6]. Если присутствует натрий - эгирин-авгит. Авгит - наиболее важный железо-магнезиальный минерал основных и ультраосновных магматических пород. Ленточные силикаты. [Si4O11]. Различных форм лент много, наиболее распространена амфиболовая – это две соединенные пироксеновые цепочки. Период повторяемости – кольцо из шести тетраэдров. Группа амфиболов. Как и пироксены, амфиболы могут быть ромбические и моноклинные. В структуре происходит чередование кремнекислородных тетраэдров с двумя и тремя общими атомами кислорода. Общая формула R7 (OH)2x(Si4O11); где R - Ca, Mg, Fe Ca, Mg, Fe, Na, Al. В тетраэдре возможно замещение Si на Al. В отличие от пироксенов в состав амфиболов обязательно входит конституционная вода в форме (ОН). Для амфиболов характерна весьма совершенная спайность под углом 1240, удлиненные кристаллы, вплоть до волокнистых (амфибол-асбест). Амфиболы в отличие от пироксенов имеют более совершенную спайность, шелковистый блеск, габитус вытянутый, часто игольчатый. Роговая обманка – серая и темно-зеленая, содержащая Ca, Mg, Fe. Твердость 6. Роговые обманки – объединенное название сильножелезистых иногда с натрием и алюминием алюмосиликатов. В природе нет химически чистых пироксенов и амфиболов, отвечающих идеальным формулам; состав их всегда сложен. Состав только литиевых минералов (сподумен, холмквистит) достаточно постоянен. Поэтому часто состав этих минералов изображается с помощью диаграмм. Генезис пироксенов и амфиболов магматический, метаморфический, метасоматический. На примере этих двух групп минералов хорошо проявлено явление типомохимизма – зависимость состава от геологических условий образования. Омфацит (диопсид с примесью жадеита) – ультраосновные мантийные породы. Базальты: роговые обманки с высоким Fe3+/Fe2+ отношением (базальтическая роговая обманка). В скарнах обязательно наличие диопсида и геденбергита. Практическое значение имеют: жад (жадеит), нефрит, голубой рибекит-асбест из мергелей. Слоевые или листовые силикаты. [Si4O10]. Каждый тетраэдр имеет 3 общих атома кислорода с соседними тетраэдрами. Остовом структуры наиболее распространенных силикатов с простыми сетками тетраэдров являются сетки ККТ, они располагаются параллельно друг другу и чередуются с плоскими сетками другого состава, образуя пакеты слоев. Установлено два главных типа пакетов силикатов: 1. Двухслойный пакет состоит из слоя тетраэдров с общей формулой [Si2O5] +(ОН) и сетки (слоя, листа) с октаэдрическими позициями Mg (триоктаэдрический) или Al (двуоктаэдрический). Суммарный заряд пакета 0; с другими пакетами, смещенными друг относительно друга, связан остаточными силами Ван-дер-Ваальса. 2. Трехслойный пакет: два слоя тетраэдров, обращенных друг к другу вершинами, между ними октаэдрические позиции занимает Mg (триоктаэдрический) или Al (двуоктаэдрический). Суммарный заряд пакета 0; с другими пакетами, смещенными друг относительно друга, связан остаточными силами Ван-дер-Ваальса. В алюмосиликатах установлен только трехслойный пакет, в котором Si замещается на Al, при этом образуется дополнительный заряд «-», что обеспечивает вхождение дополнительного слоя катионов-компенсаторов – K, Ca, комплексные катионы. Наиболее распространен каолиновый слой с псевдогексагональным обликом. Минералы с каолиновыми слоями нередко называют метасиликатами. Основные катионы - Mg, Al, K, Na; добавочные анионы - OH, F. В табл. 1 показаны основные особенности структур главных минералов слоистых силикатов и алюмосиликатов. Таблица 1. Главные силикаты и алюмосиликаты с простыми сетками тетраэдров
Из-за некомпактности структур и слабых связей между пакетами редкие слоистые силикаты и алюмосиликаты встречаются в виде крупных и хорошо ограненных кристаллов. Спайность совершенная по базопинакоиду. Цвет зависит от наличия в минерале элементов-хромофоров (железа, хрома, марганца), без хромофоров – белый. Среди слоистых силикатов различают политипы (разный разворот слоев) и смешанослойные образования – они сложены чередующимися пакетами монтмориллонита и слюды, хлорита и слюды и т.д. Слюды: мусковит (K, Al, F, OH), биотит (Mg, K, F). Слюды обладают совершенной спайностью в одном направлении. Серпентин Mg6(OH)8[Si4O10], твердость 3-4, волокнистая разность - асбест. Тальк Mg3(OH)2[Si4O10], твердость 1; продукт метаморфизма ультраосновных пород. Глинистые минералы содержат гидроксильную группу и нередко кристаллизационную или адсорбированную воду, они образуются в процессе выветривания магматических и метаморфических горных пород, содержащих полевые шпаты, слюды и другие силикаты и алюмосиликаты. Каолинит Al4(OH)8[Si4O10], твердость 1-2. Каркасные силикаты. ККТ соединены всеми четырьмя вершинами и образуют трехмерный каркас. Геометрия и симметрия группировок могут быть различными из-за несколько различной ориентации ККТ относительно друг друга. Каркасные силикаты – это полиморфные модификации кремнезема; остальные каркасные минералы – это алюмосиликаты, многие из них являются главными породообразующими минералами, в первую очередь – полевые шпаты. Основные катионы калий, натрий, кальций. Структура достаточно «рыхлая», что допускает вхождение дополнительных анионов. Наличие больших, иногда сообщающихся полостей (цеолиты) позволяет в них размещаться целым группам и комплексам и иногда обмениваться ими с окружающей кристалл средой. Каркасные структуры с сильными (ионно-ковалентными) связями с одной стороны и «рыхлость» каркаса – с другой приводят к тому, что почти все минералы имеют твердость порядка 4,5-7, а плотность их невелика – около 2,1-2,6 г/см3. В минералы не входят элементы-хромофоры, поэтому их собственный цвет белый; но в них часто появляются собственные окраски, связанные не с хромофорами, а с «красящими» центрами – дефектами в структуре минералов. Нередко хорошо проявлена спайность. Группа кремнезема [SiO2]. Группа кварца – около 12% весовых в земной коре, входит в состав всех генетических типов горных пород. Халцедон – скрытокристаллическая, тонкопористая, волокнистая разность кварца. Опал аморфный или состоит из глобул (150-400 нм) тридимита или кристобалита в кубической плотнейшей упаковке, в пустотах – вода. Кахолонг – непрозрачная, молочно-белая разность опала и халцедона. В табл. 2 показаны полиморфные модификации кремнезема. Таблица 2. Полиморфные модификации кремнезема
Группа полевых шпатов имеет радикалы [AlSi3O8] и [Al2Si2O8]. Полевые шпаты – по массе в земной коре составляют свыше 50%. Калиевые (натриево- калиевые) полевые шпаты санидин ортоклаз, микрокл ин – полиморфные модификации с разной степенью упорядоченности алюминия в ККТ. Изоморфизм калия и натрия ограниченный, поэтому обычны пертиты – закономерные ориентированные пластинчатые вростки альбита в ортоклазе и микроклине (в санидине их почти нет). Особенность калиевых полевых шпатов – образование простых двойников срастания и прорастания. Амазонит – зеленый, чаще микроклин. Адуляр – водяно-прозрачные кристаллы ортоклаза клиновидной формы. Лунный камень – ортоклаз без пертитов, полупрозрачный, с мерцающим блеском. Известково-натриевые полевые шпаты или плагиоклазы (непрерывный изоморфный ряд) с замещениями Чермака (Na+ + Si4+ «Ca2+ + Al3+). Номер плагиоклаза определяется по содержанию в процентах анортитового (Са[Al2Si2O8]) компонента: альбит (0-10), олигоклаз (10-30) – кислые; андезин (30-50), лабрадор (50-70) – средние; битовнит (70-90), анортит (90-100) - основные. Типичны полисинтетические двойники. Магматические горные породы
Природные минеральные агрегаты, слагающие самостоятельные геологические тела, образующие земную кору, называются горными породами. Строение горной породы определяется структурой и текстурой. Структура характеризует степень кристалличности, размеры, форму слагающих породу минералов и характер их срастания между собой (и стеклом). Текстура определяется взаимным расположением в пространстве минеральных зерен, их агрегатов с различными структурными или минералогическими особенностями. Минеральный состав, строение и форма залегания горной породы отражают условия ее образования. Все горные породы по происхождению (генезису) делятся на следующие группы: 1) магматические горные породы, 2) осадочные горные породы, 3) метаморфические горные породы. Магматические горные породы формируются в результате застывания магмы (гетерогенного силикатного расплава, обогащенного летучими компонентами) на некоторой глубине в земной коре – интрузивные (плутонические) горные породы или на поверхности - эффузивные или вулканические горные породы. Среди интрузивных горных пород выделяются абиссальные (глубинные) и гипабиссальные (малоглубинные); среди последних нередко выделяют жильные горные породы. Кроме того, из твердых продуктов вулканических извержений формируются пирокластические горные породы – туфы и туффиты, а также туфогенные породы, являющиеся переходными к нормально-осадочным горным породам. По содержанию кремнезема магматические горные породы делятся на четыре группы: ультраосновные, основные, средние и кислые. По суммарному содержанию щелочных металлов внутри указанных групп выделяют ряды пород нормальной щелочности (низкощелочных), умеренно-щелочных (субщелочных) и щелочных пород. Субщелочные и щелочные породы относительно редки в природе, а породы нормальной щелочности преобладают в составе магматических горных пород, они и рассматриваются в курсе общей геологии. В табл. 3 дана классификация магматических горных пород нормальной щелочности.
Таблица 3. Классификация магматических горных пород
Примечание: * - Пироксениты являются ультрамафическими горными породами, но в зависимости от количества примеси оливина и от состава самих пироксенов могут отвечать ультраосновным и основным породам.
Число породообразующих минералов всех типов магматических горных пород ограничивается всего лишь одним десятком. Главными из этих минералов являются силикаты. Среди них выделяются светлые, богатые кремнеземом, и алюминием – сиалические минералы и темные, обогащенные магнием и железом – мафические (или фемические минералы). При переходе от кислых пород к ультраосновным исчезает сначала кварц, уменьшается количество полевых шпатов, (в ультраосновных породах они исчезают полностью), увеличивается количество темноцветных минералов, и, соответственно, цвет пород меняется от светлого через серый к черному и темно-зеленому. В приведенном ряду пород возрастает цветовой индекс (доля мафических минералов). Минеральный состав магматических глубинных пород показан на рис.8.
Рис. 8. Минеральный состав глубинных магматических горных пород
Вулканическими породами непостоянного состава являются: 1) вулканические стекла (обсидианы) обычно кислого состава, хотя известны вулканические стекла среднего и основного состава; 2) пемзы – очень пористые, шершавые на ощупь породы обычно светлых цветов преимущественно кислого состава.
Осадочные горные породы
Осадочные породы образуются на поверхности Земли в результате различных экзогенных геологических процессов и занимают около 75% площади земной поверхности. В формировании осадочной горной породы выделяются следующие стадии: 1) седиментогенез – процесс накопления осадка, 2) диагенез – процесс преобразования осадка в осадочную горную породу. Совокупность процессов седиментогенеза и диагенеза называется литогенезом. К постдиагенетическим дометаморфическим преобразованиям относятся стадии катагенеза и метагенеза, при которых происходят уплотнение породы и некоторые минералогические преобразования. Характерными признаками осадочных горных пород являются: пластовая форма осадочных тел, часто специфический минеральный состав, слоистая текстура, наличие текстур поверхности пласта. Накопление осадка может происходить различными способами: механическим или физическим, химическим, биогенным или смешанным. В зависимости от способа накопления осадка выделяются следующие группы осадочных горных пород: - обломочные или терригенные; - хемогенные; - биогенные или органогенные; - глинистые (пелитовые).
Терригенные горные породы Классифицируются в зависимости от размеров слагающих их обломков (обломочных зерен). Структурный признак обломочных горных пород - размер обломков. В табл. 4 приведена схематическая классификация обломочных осадочных горных пород.
Таблица 4. Классификация обломочных горных пород
Примечание. В каждой группе пород по крупности обломков выделяются крупные (крупнозернистые), средние (среднезернистые) и мелкие (мелкозернистые) структурные разности.
Возможны породы с различной крупностью обломков, в таком случае речь будет идти о средне-крупнозернистом песчанике, неравномернозернистом алевролите и т.п. Следует заметить, что макроскопически определить зернистость алевритовых пород не представляется возможным, отдельные зерна в них не различимы. Отличить алевролиты от аргиллитов можно по шероховатой поверхности, у аргиллитов она шелковистая и однородная.
Глинистые горные породы Глинистые породы составляют не менее 50% объема всех осадочных горных пород. В современных классификациях они выделяются в отдельную группу. Глинистые породы занимают промежуточное положение между обломочными и хемогенными осадочными горными породами. Глинистые породы состоят не менее чем на 50% из глинистых минералов – продуктов химического разложения некоторых силикатов; в их состав входят также мельчайшие (менее 0,01 мм) обломки минералов – продуктов физического разрушения горных пород. Размер минеральных частиц глинистых пород менее 0,01 мм, чаще – менее 0,005 мм. Структура глинистых пород характеризуется как пелитовая, обычные текстуры – тонкослоистая, массивная, пятнистая, из них типоморфной является слоистая. Глинистые породы в чистом виде белые, светлые, но часто окрашены примесями в различные цвета. Глины способны поглощать воду (до 70%), разбухать и размягчаться. Плотные глинистые породы, потерявшие способность разбухать, называются аргиллиты. Они имеют обычно более темную окраску, чем глины и по структуре не отличимы от глин. Глины подразделяются по минеральному составу: каолинитовые глины, монтмориллонитовые глины (бентониты), гидрослюдистые глины, полиминеральные глины.
Хемогенные и органогенные породы Хемогенные и органогенные породы образуются в основном в водной среде в результате различных химических процессов, накопления твердых минеральных остатков или продуктов жизнедеятельности различных организмов. В природе оба процесса могут осуществляться одновременно и образовавшиеся породы часто связаны друг с другом взаимными переходами. Поэтому хемогенные и биогенные породы часто объединяют в одну группу. Существуют в этой группе чисто хемогенные образования. Классификация биогенных и хемогенных пород построена по принципу химического состава. Порода относится к той или иной группе по химическому составу, если соответствующего компонента в ней 50% и более, для фосфатных и глиноземистых пород эта цифра понижена до 25-30%, для железистых и марганцевых – еще более. Структура хемогенных пород определяется размерами слагающих ее кристаллических зерен. 1. Галоидные породы. Каменная соль состоит из галита. Калийная соль состоит из сильвина. 2. Сульфатные породы. Гипс и ангидрит состоят из соответствующих минералов. 3. Глиноземистые породы. Бокситы состоят из смеси различных по структуре гидроксидов алюминия с возможной примесью гидроксидов железа и глинистых минералов. Галоидные, сульфатные и глиноземистые (аллитные) породы имеют хемогенное происхождение. 4. Железистые породы. Состоят преимущественно из оксидов и гидроксидов железа, в осаждении которых могут принимать участие бактерии. 5. Фосфатные породы сложены фосфатами кальция с примесью глинистого и песчаного материала – фосфоритами, которые часто имеют вид конкреций. 6. Карбонатные породы включают известняки, доломиты и сидериты. Породы этой группы наиболее распространены среди хемогенных и биогенных осадочных горных пород, а внутри группы самыми распространенными являются известняки, которые могут иметь как биогенное, так и хемогенное происхождение. 7. Кремнистые породы состоят главным образом из минералов группы кварца: кварца, халцедона, опала. Диатомиты, опоки и трепелы имеют биогенное и биохемогенное происхождение, а яшмы, кремни и гейзериты – хемогенное. 8. Углеродистые породы или каустобиолиты имеют исключительно биогенное происхождение и их отличительный признак – способность к сгоранию и выделению теплоты. Среди них выделяются твердые горючие полезные ископаемые, а также жидкие и газообразные, последние в данном курсе не рассматриваются. Породы угольного ряда: торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-02-06; просмотров: 1741; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.22.68.29 (0.01 с.) |