Санкт - Петербургский государственный горный институт

Санкт - Петербургский государственный горный институт

Им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

 

Кафедра геологии и разведки месторождений полезных ископаемых

 

 

 

Л.В. Кулачков

Геология

 

 

(I семестр, разделы 1 – 9)

Конспект лекций для студентов специальностей:

090600 – Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений; 090800 – Бурение нефтяных и газовых скважин.

 

 

Направление подготовки дипломированного специалиста

650700 – «Нефтегазовое дело»

 

 

 

Санкт-Петербург

 

Раздел 1. Основные понятия. Земля во Вселенной. Происхождение Земли

 

1.1. Цели и задачи курса, его структура и связь с другими дисциплинами

Геология является ведущим общеобразовательным предметом для инженера, специализирующегося по нефтегазовому делу, поскольку предметом его труда являются земные недра и минеральное вещество, извлекаемое из них. Она предваряет цикл геологических дисциплин, куда входят также «Геология нефти и газа» и «Инженерная геология». Особое место среди научных дисциплин геологического цикла определяется тем, что они имеют для инженеров-промысловиков не только общеобразовательное, но и практическое значение, поскольку осуществление рациональной разведки и эффективной эксплуатации нефтяных и газовых месторождений может быть достигнуто лишь при полном учёте конкретных геологических особенностей месторождений, формирующихся в ходе последовательных геологических процессов. Особенностью дисциплины является наличие большого числа специальных терминов и её отсутствие в программе средней школы.

Цель преподавания дисциплины – дать студентам знания о строении и формировании Земли и её основных структурных элементов, о строении и формировании горных пород и полезных ископаемых.

Задачи дисциплины: ознакомить студентов с современными представлениями о: геологических процессах на поверхности и в недрах Земли; главнейших минералах; основных типах осадочных, магматических и метаморфических пород; основных видах полезных ископаемых; геологическом времени и методах определения возраста горных пород; формах залегания горных пород; складчатых и разрывных структурах земной коры; геологической истории Земли и процессах преобразования земной коры, а также привить практические навыки определения важнейших минералов и горных пород, построения и анализа геологической графики.

Геология, как показывает ее название, - наука о Земле, в основном о твердой Земле. Ее ближайшая родственница - география - занимается описанием земной поверхности, ее взаимодействия с океаном и атмосферой. Геология и география в ряду естественных наук располагаются между астрономией и биологией. На стыке астрономии и геологии лежит понимание положения Земли и условий ее существования в рамках Солнечной системы, а также выяснение происхождения этой системы, а вместе с нею и нашей планеты. Геология и биология имеют общую задачу: раскрытие обстановки появления жизни на Земле и условий дальнейшего развития органического мира. Кроме того, пласты земной коры содержат летопись эволюции животных и растений, а остатки этих организмов помогают геологам определить относительный возраст пластов, их заключающих. Геологические знания - это необходимое и важное звено научного мировоззрения. Значение геологии в этом смысле возросло после начала изучения других планет Солнечной системы и их спутников; геология стала частью более широкой науки - планетологии, но часто говорят о "геологии" той или иной планеты.

Человек в доисторическое время начал использовать горные породы (кремень, обсидиан, глину) и минералы (халцедон, нефрит и др.). Затем он начал плавить золото, а примерно 5000 лет назад, сплавив медь и олово, получил бронзу. Значение геологической науки для хозяйственной деятельности человека неуклонно возрастало по мере вовлечения в эту деятельность все новых и новых видов полезных ископаемых - от угля до урановой руды и редких элементов, - пока их спектр практически не охватил всю таблицу Менделеева. В двадцатом столетии к этой традиционной прикладной функции геологии добавилась новая: без серьезного геологического обоснования стало невозможным проектирование и строительство крупных инженерных сооружений - гидроэлектростанций, атомных электростанций, каналов и т.п. Позднее определилась еще одна важная роль геологии: предупреждение о проявлении и учет возможных последствий природных катастрофических явлений -землетрясений, вулканических извержений, оползней и т.д. Когда сравнительно недавно человечество осознало необходимость сохранения окружающей природной среды и оценки направленности (так называемого мониторинга) ее естественного изменения, наука об окружающей среде - экология заняла видное место среди других наук, а в ее составе оформился раздел, относящийся к геологической компоненте этой среды, - геоэкология или экогеология. Нетрудно предвидеть, что это направление геологических исследований будет быстро развиваться в следующем столетии.

Основные понятия

Основные объекты геологии (выделены курсивом) взаимосвязаны следующим образом. Атомы в земной коре, объединяясь в кристаллические структуры, создают минералы (минеральные индивиды), последние срастаются в минеральные агрегаты, которые непосредственно формируют геологические тела горных пород и руд (т.е. рудные тела или залежи полезных ископаемых). Геологические тела образуют конкретные геологические структуры земной коры, в том числе и месторождения полезных ископаемых. Все указанные объекты, а также взаимоотношения между ними создаются и происходят под воздействием геологических процессов.

Полезное ископаемое – вещество земной коры, добываемое с целью практического использования.

Руда - минеральный агрегат, из которого технически возможно и экономически целесообразно извлечение полезных компонентов: химических элементов, их соединений или минералов. Первоначально этот термин применялся лишь для агрегатов - источников металлов, затем он распространился и на неметаллические полезные ископаемые, как, например, в случае извлечения химических элементов - неметаллов (Р, В, S и др.), а также минералов: хризотил-асбеста, графита и др. По этой причине, является нежелательным ставшее традиционным использование прилагательного “рудный” вместо термина “металлический”.

Простыми или однокомпонентными называются руды, из которых извлекается один полезный компонент (химический элемент или минерал).

Комплексными или многокомпонентными называются руды при наличии более одного полезного компонента. В случае металлических полезных ископаемых комплексные руды также называют полиметалльными. Примером таких руд являются полиметаллические руды, в которых главными ценными компонентами являются свинец и цинк, кроме которых попутно извлекаются медь, золото, серебро, кадмий и другие металлы.

Вредными компонентами называются минералы или химические элементы, затрудняющие переработку или использование полезного ископаемого.

Обогащением именуется процесс обработки руды с целью концентрации минералов (вплоть до выделения их в чистом виде), удаления вредных компонентов или стандартизации качества минерального сырья.

Технологическими называются свойства, определяющие особенности переработки руды в процессе получения из неё конечного продукта. Они зависят от её минерального и химического состава, структуры и текстуры, а также от состава и строения её минеральных компонентов.

Месторождение полезного ископаемого - участок земной коры, в котором полезное ископаемое содержится в количестве, достаточном для его рентабельной эксплуатации, при качестве, удовлетворяющем потребителя. Очевидно, что данное определение является не столько геологическим, сколько экономическим. Критерием количественной оценки месторождения являются запасы полезного ископаемого в весовых или объёмных единицах. Качество сырья для большинства полезных ископаемых оценивается по содержанию полезных и вредных компонентов, а для многих видов неметаллического сырья, кроме того, исследуют специфические свойства, например, светопропускание оптических минералов, предел прочности на сжатие облицовочного камня, диэлектрические свойства мусковита и флогопита и т.д.

Кристаллография

 

Кристаллография - наука о кристаллах. Она изучает их внешнюю форму, внутреннее строение (структуру), физико-химические свойства, происхождение. Современная кристаллография включает следующие основные разделы:

· морфология кристаллов (геометрическая кристаллография),

· кристаллохимия (структурная кристаллография),

· кристаллофизика,

· кристаллогенезис (рост кристаллов).

Кристаллическими называются твердые вещества, построенные из материальных частиц - ионов, атомов или молекул, геометрически правильно расположенных в пространстве. Для описания порядка расположения частиц в пространстве их стали отождествлять с точками. Из такого подхода постепенно сформировалось представление о пространственной или кристаллической решетке как о бесконечном трехмерном периодическом образовании. В ней выделяют узлы (отдельные точки, центры тяжести атомов и ионов), ряды (ряд - совокупнось узлов, лежащих на одной прямой) и плоские сетки (плоскости проходящие через любые три узла). Таким образом, кристаллическое вещество имеет строго закономерное (решетчатое или ретикулярное) внутреннее строение (от лат. reticulum - сеточка). При благоприятных условиях они могут самоограняться, образуя правильные геометрические многогранники - кристаллы.

Геометрически правильная форма кристаллов обусловливается прежде всего их строго закономерным внутренним строением. Сетки кристаллической решетки соответствуют граням реального кристалла, места пересечения сеток - ряды - ребрам кристаллов, а места пересечения ребер - вершинам кристаллов.

Аморфными называются твердые тела, в которых частицы располагаются в пространстве беспорядочно. Иногда их называют минералоидами.

Все кристаллы обладают рядом основных специфических свойств, отличающих их от некристаллических аморфных тел. Такими свойствами являются:

· однородность строения - одинаковость узора взаимного расположения атомов во всех частях объема его кристаллической решетки,

· анизотропность - различие физических свойств кристаллов (теплопроводность, твердость, упругость и другие) по параллельным и непараллельным направлениям кристаллической решетки. Свойства одинаковы по параллельным направлениям, но неодинаковы по непараллельным направлениям. В противоположность анизотропным, изотропные тела имеют одинаковые свойства во всех направлениях,

· способность самоограняться. Этим свойством - принимать многогранную форму в результате свободного роста в подходящей среде - обладают только кристаллических вещества,

· симметричность - это закономерная повторяемость в расположении предметов или их частей на плоскости или в пространстве. Симметрия кристаллов соответствует симметрии их пространственных решеток. Каждый кристалл может быть совмещен сам с собой определенными преобразованиями (поворотами или отражениями), которые называются симметрическими.

 

Изучение кристаллов начинается с рассмотрения их внешней формы. Внешняя форма хорошо сформированных кристаллических многогранников может быть описана с помощью элементов симметрии. Симметричным считается объект, который может быть совмещен сам с собой определенными преобразованиями: поворотами или (и) отражениями в зеркальной плоскости. Элементы симметрии - это вспомогательные геометрические образы (плоскости, прямые линии, точки), с помощью которых обнаруживается симметрия фигур.

Рассмотрим элементы симметрии. 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. Если плоскостей симметрии в данном кристалле несколько, то перед обозначением плоскости ставится их число. Например 3Р (три плоскости симметрии имеет спичечная коробка). В кристаллах может быть одна, две, три, четыре, пять, шесть, семь и девять плоскостей симметрии. Теоретически можно доказать, что восьми и более девяти плоскостей симметрии в кристаллах быть не может Многие кристаллы вообще не имеют ни одной плоскости симметрии.

Ось симметрии - воображаемая прямая линия, при повороте вокруг которой всегда на один и тот же угол происходит совмещение равных частей фигуры. Наименьший угол поворота вокруг оси, приводящий к такому совмещению, называется элементарным углом поворота оси симметрии a.его величина определяет порядок оси симметрии n, который равен числу самосовмещений при полном повороте фигуры на 360o (n = 360/a). Оси симметрии обозначаются буквой L с цифровым индексом, указывающим на порядок оси - Ln. Доказано, что в кристаллах возможны только оси второго, третьего, четвертого и шестого порядков. Они обозначаются L₂, L₃, L₄, L₆. Осей пятого и порядка выше шестого в кристаллах не бывает. Оси третьего L₃, четвертого L₄ и шестого L₆ порядка принято считать осями высшего порядка.

Центр симметрии (центр инверсии) - это 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 и параллельную или обратно параллельную, то данный кристалл обладает центром симметрии. Некоторые кристаллы могут не иметь центра симметрии.

Перечень всех элементов симметрии кристалла, записанный в виде их символов, называется формулой симметрии или видом симметрии.

Cтрогий математический анализ (Гессель, 1830, Гадолин, 1867) показал, что существует всего 32 вида симметрии. Это все возможные для кристаллов комбинации элементов симметрии. 32 вида симметрии объединяются в сингонии. Всего различают семь сингоний. Название "сингония" происходит от греческого " син" - "сходно" и "гон" - "угол". Сингонию кристалла определяют по обязательным и сходным для каждой сингонии элементам симметрии. 7 сингоний объединены в три категории.

Низшая категория объединяет триклинную,моноклинную и ромбическую сингонии. Кристаллы этих сингоний не имеют осей симметрии выше второго порядка.

Средняя категория объединяет тригональную, тетрагональную и гексагональную сингонии. Кристаллы этих сингоний имеют только одну ось симметрии высшего порядка.

Высшая категория - кубическая сингония - объединяет кристаллы, которые обязательно имеют 4L₃ (Табл. 1).

Таблица 1.

Сингонии кристаллов

Категории	Сингонии	Формула
Низшая	Триклинная	C
	Моноклинная	Р; L2; L2PC
	Ромбическая	L22P; 3L2; 3L23PC
Средняя	Тригональная	L3;L3C; L33P; L33L2; L33L23PC
	Тетрагональная	L4; L4PC; L44P; L44L2; L44L25PC; Li4; Li42L22P
	Гексагональная	Li6=L3P; Li63L23P=L33L24P; L6; L6PC; L66P L66L2; L66L27PC
Высшая	Кубическая	4L33L2; 4L33L23PC; 4L33L2(3Li4)6P; 3L44L36L23L44L36L29PC

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МИНЕРАЛАХ

 

Минералами называют однородные по строению неорганические кристаллические вещества, образовавшиеся в результате природных физико-химических процессов. Земля, ее верхняя оболочка (литосфера), все горные породы и руды, а также почвы состоят из минералов. Известно около 3,5 тыс. минеральных видов, а вместе с химическими, структурными, морфологическими и физическими разновидностями их более 5 тысяч.

Наиболее широко распространены породообразующие минералы: полевые шпаты, кварц, пироксены, амфиболы, хлориты, слюды, глинистые минералы, карбонаты. Таких минералов около 500. Остальные минеральные виды встречаются редко. Минералы образуются не только на Земле. Они слагают другие планеты и космические тела, обломки которых попадают на поверхность Земли в виде метеоритов и частиц космической пыли.

Минералогия изучает состав, структуру, свойства и условия образования минералов в природе, закономерности их распространения. Практическое значение минералогии велико, так как все полезные ископаемые, в том числе и агрохимическое сырье, состоят из минералов. Процессы минералообразования имеют большое значение для формирования почв, состав которых во многом определяется присутствием разнообразных алюминиевых гидросиликатов, образующихся в результате гидролиза породообразующих силикатов в различных климатических обстановках. Важнейшими характеристиками минералов являются их состав, структура и физические свойства.

Таблица 2.

Магматический процесс

Важнейшая особенность магматического процесса - кристаллизация минералов из магмы -

жидкого силикатного расплава - при понижении температуры (температура колеблется от 1200 до 700 0С, давление составляет от 5500 до 500 бар). Здесь образуются все те минералы, которые слагают магматические горные породы.

 

Магматические горные породы делятся на две большие группы:

· интрузивные, кристаллизующиеся на глубине;

· эффузивные, образовавшиеся вблизи поверхности или на поверхности Земли.

Классификация магматических пород основана на их химическом составе (по содержанию SiO₂ с учетом содержания щелочей), а особенности химического состава различных магматических пород тесно связаны с определенным минеральным составом (табл. 3)

Таблица 3

Пегматитовый процесс

 

Пегматиты - крупно- и гигантозернистые жильные тела, близкие по составу интрузиям, с которыми они пространственно связаны. Пегматиты отличаются формой, строением и, иногда, наличием редкометальных и редкоземельных минералов. Форма пегматитов преимущественно жильная. Тесная пространственная связь пегматитов с интрузиями доказывает их генетическое родство. Пегматиты обычно удалены от интрузивных пород не более, чем на 1-2 км. Подавляющее число пегматитов связано с гранитными интрузиями (гранитные пегматиты), реже встречаются пегматиты, связанные со щелочными магматическими породами (щелочные пегматиты), и редко отмечаются габбро-пегматиты. Минеральный состав пегматитов тот же, что и в материнской интрузии. Согласно представлениям А.Е.Ферсмана, при кристаллизации гранитной магмы образуется остаточный силикатный расплав, богатый соединениями редких и редкоземельных элементов и летучими веществами-минерализаторами (соединения хлора,

фтора, бора). Этот расплав, кристаллизуясь, образует пегматиты. При совместной кристаллизации кварца и полевого шпата возникают характерные образования, которые носят название письменного гранита, или еврейского камня,так как закономерные вростки кварца в полевом шпате напоминают восточные письмена, иероглифы. В результате реакций пегматитового расплава с вмещающими породами возможны случаи, когда одни компоненты выносятся из расплава, а другие поглощаются им. Так возникают пегматиты "линии скрещения" в отличие от пегматитов "чистой линии", когда ассимиляция вещества из вмещающих пород не происходит. К пегматитам "линии скрещения" относятся пегматиты Урала, когда происходит взаимодействие гранитного пегматитового расплава с основными и ультраосновными вмещающими породами. Среди гранитных пегматитов выделяют:

· керамические (крупные блоки микроклина и кварца),

· слюдоносные (мусковит),

· редкометальные (литий, бериллий, тантал-ниобий, цезий),

· хрусталеносные (горный хрусталь, топаз, берилл). Последние обычно залегают среди гранитов и гранито-гнейсов и образуют полости - камеры, поэтому их также называют камерными пегматитами. В этих полостях (занорышах) вырастают крупные кристаллы горного хрусталя, дымчатого кварца, мориона, топаза, берилла и других минералов.

Пегматиты часто имеют зональное строение. Пегматиты - источник редкоземельных: Sc, Y, Ce, La; редких: Ве, Li, Ta, Nb, Sr и других элементов. Это источник пьезокварца, слюды, а также полевых шпатов, крупные скопления которых являются керамическим сырьем.

 

Метасоматические процессы

 

Рассмотрев собственно магматический и пегматитовый процессы минералообразования, по нашему мнению, целесообразно рассмотреть здесь же контактово-метасоматические образования, возникающие на контакте интрузии. Процессы метасоматоза широко распространены при формировании пегматитов и гидротермальных рудных жил. Мы рассмотрим два наиболее практически важных контактово-метасоматических процесса - это скарновый процесс и возникновение грейзенов.

Наиболее сильно явления контактового метаморфизма проявляются при внедрении гранитной интрузии в толщу карбонатных пород. Они реагируют между собой, в результате чего образуется комплекс новых минералов, характерных исключительно для зоны контакта этих пород. Здесь обязательно принимают участие жидкие или газообразные растворы, которые привносят одни и уносят другие компоненты, т.е. вызывают метасоматическое замещение. Источником этих растворов является остывающий магматический очаг, от которого в зависимости от условий могут отделяться газовая или жидкая фаза.

Контактово-метасоматические процессы неразрывно связаны с магматическими и метаморфическими процессами минералообразования и с формированием месторождений

полезных ископаемых.

Скарны - это метасоматические породы, сложенные известково-железистыми и магнезиальными силикатами, образовавшиеся в результате реакционного взаимодействия карбонатных и алюмосиликатных пород при участии постмагматических растворов. Различают магнезиальные скарны, развитые по доломиту, и известковые - по известнякам. Минеральные ассоциации их различны. Скарны - очень важный генетический тип месторождений металлических полезных ископаемых и слюды - флогопита. Оруденение, как правило, бывает наложенным по отношению к минералам скарнов. Из них идет добыча слюды - флогопита, около 50% вольфрама, около 30% свинца и цинка, значительное количество Mо, Fе, Сu, и других маталлов.

Грейзены - матасоматичаская порода, образовавшаяся в разультате переработки постмагматическими газовыми и водными растворами, главным образом гранитов, а также эффузивных и некоторых осадочно-матаморфических пород, богатых кремнеземом и глиноземом. Они возникают в куполовидных выступах гранитных интрузий, вдоль рудных тел. По минеральному составу грейзен - существенно кварц-мусковитовая порода.

Газовые и водные растворы, вызывающие грейзенизацию, содержат большое количество летучих компонентов F-, Cl-, OH-, в соединении с которыми происходит транспортировка редких металлов.

 

Гидротермальный процесс

 

Гидротермы - горячие водные растворы, отделяющиеся от магм и образующиеся в результате сжижения газов. Гидротермальные растворы выносят из магматического очага целый ряд соединений металлов. Кроме того, гидротермы могут заимствовать различные вещества из боковых пород, по которым они движутся. Поскольку гидротермы обычно движутся по трещинам, тектоническим нарушениям и зонам контактов, форма большинства гидротермальных минеральных тел жильная. Главнейшим жильным минералом является кварц. Гидротермы могут быть:

· высоко- (450-300оС),

· средне- (300-200оС),

· низкотемпературными (ниже 200оС).

Как правило, высокотемпературные гидротермальные месторождения располагаются ближе к интрузии, в то время как низкотемпературные являются наиболее удаленными от них (табл. 4).

 

Таблица 4.

Процессы выветривания

 

Выветривание - изменение и разрушение горных пород и минералов на поверхности Земли или вблизи неё без переноса продуктов выветривания.

Главными факторами этих процессов являются газы атмосферы и вода, а также избыток кислорода и углекислый газ. Идет растворение, переотложение вещества горных пород, выходящих на земную поверхность. Совершенно иные термодинамические условия приводят к тому, что глубинные минералы, попадая на поверхность, будут здесь неустойчивы. Устойчивость главных породообразующих минералов к выветриванию различна. Среди минералов реакционного ряда Боуэна наиболее устойчив в поверхностных условиях кварц, наимеее - оливин. Основные плагиоклазы гораздо легче подвергаются выветриванию по сравнению с кислыми плагиоклазами. Соответственно этому ультраосновные и основные породы в большей степени подвержены выветриванию, чем граниты. На поверхности устойчивы многие минералы метаморфических толщ, а также кислородсодержащие минералы. Сульфиды, напротив, неустойчивы в коре выветривания, они легко разлагаются и образуют многочисленные вторичные минералы. При этом происходит вынос растворимых солей К, Na, Ca и Mg и накопление труднорастворимых продуктов: Al₂O₃, Fe₂O₃, SiO₂. Растворимые продукты выносятся из зоны выветривания и могут переноситься на значительные расстояния.

Химическая активность природных вод зависит от содержания O^2-, СО₂, NО^з-, SО₄^2-, гуминовых кислот, NН4+, галогенидов, поступающих из атмосферы, из выветриваюцихся пород, из разлагающихся организмов или из вулканических эманаций.

Химическое выветривание включает:

· гидратацию минералов: Fe₂O₃ + nН₂0 => Fe₂О₃*nН₂О => FeOOH (гематит => гидрогематит => гетит)

· гидролиз и растворение: К[AlSi₃O₈] + H₂O + CO₂ => Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈ + K₂CO₃ + SiO₂ (калиевый полевой шпат => каолинит)

· окисление (при наличии свободного кислорода): Fe²⁺ => Fe³⁺

· восстановление (при наличии захороненного органического вещества и деятельности микроорганизмов в почвенных горизонтах и некоторых водоемах); Fe₂O₃*nH₂O + С_орг. => Fе[СО₃] (гидроксиды железа => сидерит);

· карбонатизация: 4Mg₂[SiO₄] + 4H₂O +2CO₂ => Mg₆[Si₄O₁₀](OH)₈ + 2Mg[CO₃] (оливин => серпентин + магнезит фарфоровидный).

В процессе выветривания устойчивые и частично разрушенные минералы накапливаются в континентальных областях, образуя:

· элювиальные месторождения - скопления минералов на месте разрушения;

· аллювиальные месторождения, возникающие при переносе реками и потоками разрушенных минералов с последующей концентрацией вещества.

Многие минералы, обладающие высоким удельным весом и устойчивые к разрушению при

процессах выветривания могут механически обогащаться при переносе и образовывать россыпи - промышленное скопление минералов в песках.

Труднорастворимые продукты выветривания остаются на месте разрушения и образуют различные коры выветривания. Главнейшим типом из них является латеритный тип. Латеритное выветривание происходит в жарком и влажном климате при чередовании засушливых и дождливых сезонов. Кремнезем здесь почти полностью выносится, а латериты обогащаются глиноземом. Возникает полиминеральная смесь из диаспора, гиббсита и гидроксидов железа, называемая бокситами и являющаяся рудой на алюминий. Латериты имеют красный цвет ("латер" - лат. кирпич), если содержат в достаточном количестве гидроксиды железа. Латериты могут возникать при выветривании как кислых, так и основных и ультраосновных пород.

Своеобразные коры выветривания возникают на рудных сульфидных месторождениях - зоны окисления рудных месторождений. Сульфиды легко разрушаются и переходят в многочисленные сульфаты, оксиды, карбонаты, фосфаты и другие соединения. Общая схема процесса следующая:

FeS₂ => FeSO₄ => Fe₂[SO₄]₃ => Fe(OH)₃ => Fe₂O₃*nH₂O.

Самая верхняя выщелоченная зона носит название "железной шляпы" благодаря тому, что бурые оксиды и гидроксиды железа концентрируются в этой зоне. Возникающие сульфаты легко растворимы, и, просачиваясь в нижнюю часть зоны окисления, участвуют в образовании новых минералов:

2CuSO₄ + 2CaCO₃ + 5H₂O => Cu₂[CO₃](OH)₂ + 2Ca[SO₄]*2H2O + CO₂ (халькопирит =>малахит + гипс).

Ниже уровня грунтовых вод находится зона цементации или зона вторичного сульфидного обогащения. Сульфаты реагируют здесь с первичными рудами, в результате чего образуются вторичные сульфиды:

FeS₂ + CuSO₄ + H₂O => Cu₂S + CuS + FeSO₄ + H₂SO₄ (пирит => халькозин + ковеллин).

Процессы осадконакопления

Образование осадочных пород и осадочных месторождений, связанных с деятельностью поверхностных вод, происходит в реках и различных водоемах и в основном зависит от состава и физических свойств отложений, а также удаленности источников сноса от мест накопления.

Здесь очень важны процессы накопления механических осадков и их преобразования в обломочные породы, а также условия образования и формы залежей аллювиальных россыпей и инфильтрационных месторождений.

Осадочные породы отличаются по ряду признаков: составу, структурам, текстурам, наличию органических остатков, условиям образования. По отдельным признакам или по их комплексу осадочные породы подразделяются на обломочные, хемогенные, органогенные, карбонатные и силикатные.

В основу классификации обломочных горных пород положены следующие классификационные признаки: гранулометрический состав обломков, их цементация и степень окатанности (табл. 5). Новые минералы в результате этого процесса не образуются. Обломочные породы являются наиболее распространенными среди осадочных пород.

Таблица 5

Таблица 6

Таблица 7

Библиографический список

Основной

1. Булах А. Г. Минералогия с основами кристаллографии: Учебник для вузов. М.: Недра, 1989. 351 с.

2. Якушова А.Ф. Общая геология:.:Учебник/В.Е. Хаин, В.И. Славин. М.:Изд-во МГУ, 1988. 448 с.

 

 

Дополнительный

1. Геология и разведка месторождений полезных ископаемых: Учебник для вузов/Под ред. В.В. Ершова М.: Недра, 1989. 399 с.

2. Курс месторождений твердых полезных ископаемых. Учеб. пособие для вузов /Под ред. П.М. Татаринова, А.Е. Карякина. М.: недра. 1989. 296 с.

 

Перечень тем лабораторных занятий.

1. Экскурсия в минералогические залы Горного музея

2. Диагностические свойства минералов.

3. Диагностика простых веществ и сульфидов.

4. Диагностика оксидов и гидроксидов.

5. Диагностика галоидов и кислородных солей

6. Диагностика силикатов

7. Диагностика магматических горных пород.

8. Диагностика осадочных горных пород.

9. Диагностика метаморфических горных пород.

Санкт - Петербургский государственный горный институт

Им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

 

Кафедра геологии и разведки месторождений полезных ископаемых

 

 

 

Л.В. Кулачков

Геология

 

 

(I семестр, разделы 1 – 9)

Конспект лекций для студентов специальностей:

090600 – Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений; 090800 – Бурение нефтяных и газовых скважин.

 

 

Направление подготовки дипломированного специалиста

650700 – «Нефтегазовое дело»

 

 

 

Санкт-Петербург

 

Раздел 1. Основные понятия. Земля во Вселенной. Происхождение Земли

 

1.1. Цели и задачи курса, его структура и связь с другими дисциплинами

Геология является ведущим общеобразовательным предметом для инженера, специализирующегося по нефтегазовому делу, поскольку предметом его труда являются земные недра и минеральное вещество, извлекаемое из них. Она предваряет цикл геологических дисциплин, куда входят также «Геология нефти и газа» и «Инженерная геология». Особое место среди научных дисциплин геологического цикла определяется тем, что они имеют для инженеров-промысловиков не только общеобразовательное, но и практическое значение, поскольку осуществление рациональной разведки и эффективной эксплуатации нефтяных и газовых месторождений может быть достигнуто лишь при полном учёте конкретных геологических особенностей месторождений, формирующихся в ходе последовательных геологических процессов. Особенностью дисциплины является наличие большого числа специальных терминов и её отсутствие в программе средней школы.

Цель преподавания дисциплины – дать студентам знания о строении и формировании Земли и её основных структурных элементов, о строении и формировании горных пород и полезных ископаемых.

Задачи дисциплины: ознакомить студентов с современными представлениями о: геологических процессах на поверхности и в недрах Земли; главнейших минералах; основных типах осадочных, магматических и метаморфических пород; основных видах полезных ископаемых; геологическом времени и методах определения возраста горных пород; формах залегания горных пород; складчатых и разрывных структурах земной коры; геологической истории Земли и процессах преобразования земной коры, а также привить практические навыки определения важнейших минералов и горных пород, построения и анализа геологической графики.

Геология, как показывает ее название, - наука о Земле, в основном о твердой Земле. Ее ближайшая родственница - география - занимается описанием земной поверхности, ее взаимодействия с океаном и атмосферой. Геология и география в ряду естественных наук располагаются между астрономией и биологией. На стыке астрономии и геологии лежит понимание положения Земли и условий ее существования в рамках Солнечной системы, а также выяснение происхождения этой системы, а вместе с нею и нашей планеты. Геология и биология имеют общую задачу: раскрытие обстановки появления жизни на Земле и условий дальнейшего развития органического мира. Кроме того, пласты земной коры содержат летопись эволюции животных и растений, а остатки этих организмов помогают геологам определить относительный возраст пластов, их заключающих. Геологические знания - это необходимое и важное звено научного мировоззрения. Значение геологии в этом смысле возросло после начала изучения других планет Солнечной системы и их спутников; геология стала частью более широкой науки - планетологии, но часто говорят о "геологии" той или иной планеты.

Человек в доисторическое время начал использовать горные породы (кремень, обсидиан, глину) и минералы (халцедон, нефрит и др.). Затем он начал плавить золото, а примерно 5000 лет назад, сплавив медь и олово, получил бронзу. Значение геологической науки для хозяйственной деятельности человека неуклонно возрастало по мере вовлечения в эту деятельность все новых и новых видов полезных ископаемых - от угля до урановой руды и редких элементов, - пока их спектр практически не охватил всю таблицу Менделеева. В двадцатом столетии к этой традиционной прикладной функции геологии добавилась новая: без серьезного геологического обоснования стало н