Методическое пособие практические работы по дисциплине «геология» для студентов направления 020200. 62

ДЛЯ СТУДЕНТОВ НАПРАВЛЕНИЯ 020200.62 «Биология»

ИНСТИТУТА ЭКОНОМИКИ, УПРАВЛЕНИЯ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

Красноярск

2008

Содержание Введение 3 1. Практическая работа № 1 . Минералы и их диагностические свойства 4 2. Практическая работа № 2 Горные породы. Магматические горные породы, их структуры и текстуры 12 3. Практическая работа № 3 Классификация магматических пород. Практическое определение наиболее распространенных магматических пород 17 4. Практическая работа № 4 Метаморфические горные породы 28 5. Практическая работа № 5 Осадочные горные породы.Терригенные породы. Классификация терригенных пород, их структуры и текстуры. Структуры и текстуры осадочных пород. Характеристика и практическое определение наиболее распространенных терригенных горных пород 37 6. Практическая работа № 6 Осадочные горные породы. Хемогенные и биогенные породы. Классификация хемогенных и биогенных горных пород, их структуры и текстуры. Характеристика и практическое определение наиболее распространенных хемогенных и биогенных горных пород. 44 7. Практическая работа № 7 Геологическая карта. Геохронологическая шкала. Легенда геологической карты. Способы изображения стратифицированных интрузивных образований, отображение возраста геологических тел. Стратиграфическая колонка. Чтение геологической карты 55 8. Практическая работа № 8 Построение геологического разреза по карте с горизонтальным и наклонным залеганием горных пород. 60 9. Практическая работа № 9 Карта четвертичных образований, ее чтение и анализ 65 Список литературы 68

ВВЕДЕНИЕ
Настоящее методическое пособие предназначено для выполнения практических работ по геологии студентов экологов, обучающихся по направлению «Экология и природопользование». Основное внимание в нем обращается на практическую подготовку будущего специалиста эколога и природопользователя. Главное внимание уделено изучению вещественного состава Земли, умениям определять минералы, горные породы. Авторы старались достаточно полно дать теоретический материал, описать методику выполнения работ, представить достаточно полный список литературы для использования.

К каждому занятию в пособии даны соответствующие методические рекомендации: как работать над выполнением задания, на что обратить внимание.

В выполнении практических занятий студентам окажут помощь помещенные в пособии таблицы для определения минералов, горных пород, геохронологическая таблица, а также студенты будут иметь возможность провести самоконтроль за своением материала, используя контрольные вопросы в конце каждой практической работы.

Исходя из современных требований, предъявляемых к учебному процессу в вузе и направленных не только на приобретение знаний, но и на применение их в практической деятельности, задания в методическом пособии рассчитаны на творческий подход студентов к их выполнению.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №1

Тема. Минералы и их диагностические свойства.

Задачи. Усвоение понятия «минерал». Знакомство с диагностическими свойствами минералов и практическими приёмами их диагностики на основе морфологии и физических свойств.

Учебный материал. Учебная коллекция минералов, модели кристаллов, шкала твердости Мооса, компас, фарфоровая пластинка, раствор HCl (10%) в капельнице.
Методика работы

Понятие о минералах.

Раньше минералы понимались более широко, чем сейчас, и к ним причислялись любые «ископаемые» - различные «земли», почвы, обломки горных пород, торф, каменный уголь, янтарь, окаменевшие остатки животных и растений, нефть, природный газ. Для них допускалось твердое, жидкое и даже газообразное состояние. В настоящее время, согласно А.А. Годовикову, минералом называют химически и физически обособленный в пространстве неорганический продукт природной физико-химической реакции, находящийся в кристаллическом состоянии. К минералам относят кристаллические тела без ограничения размеров индивидов. Это могут быть как кристаллы весом в сотни и тысячи килограммов, так и мельчайшие кристаллические частицы коллоидно-дисперсных систем. Если в аморфном веществе составляющие его атомы, ионы и молекулы располагаются в беспорядке (как груда кирпичей и строительного мусора), то в кристаллическом веществе они располагаются в строгом геометрическом порядке. Если мысленно представить каждый атом или ион кристаллического вещества в виде точки и соединить их условными линиями, то получим бесконечную геометрически правильную кристаллическую решетку (свою для каждого минерала). При этом точки соответствуют узлам этой решетки, а сила химических связей между атомами или ионами условно отражается длиной соединяющей их линии (чем сильнее связь – тем короче линия).

Упорядоченность внутреннего строения кристаллических веществ отражается в правильности геометрической формы кристаллов – минеральных индивидов, формирующихся в условиях, когда их росту ничто не препятствует. Форма кристаллов может использоваться для диагностики минералов как одно из важнейших их свойств. В мире кристаллов могут встречаться как простые геометрические формы (куб, октаэдр, тетраэдр, пирамида, и т.д), так и комбинации нескольких простых форм ( например, сочетание в одном кристалле граней куба и октаэдра, призмы и пирамиды).

Все кристаллы по форме упрощенно можно разделить также на следующие основные типы:

1. Изометричные одинаково развитые во всех трех направлениях в пространстве.

2. Удлинённые (отчётливо вытянутые в одном направлении) – призматические, столбчатые, шестоватые, игольчатые.

3. Уплощённые (развитые преимущественно в двух направлениях – таблитчатые, чешуйчатые, листоватые.

Также в качестве диагностического признака можно использовать тип минерального агрегата – формы закономерного срастания минеральных индивидов. Тип агрегата определяется способом образования минерала, а число возможных способов образования для каждого минерального вида ограничено.
Физические свойства минералов

Физическими свойствами минералов называются те, которые проявляются в их физических взаимодействиях с различными объектами. Именно физические свойства являются важнейшими диагностическими признаками минералов и положены в основу их практического определения. Некоторые из них можно определить лишь в лабораторных условиях. Но есть такие физические свойства, которые легко определяемым невооруженным глазом или при помощи несложного оборудования. Умение правильно их определять является ключом к практическому определению большинства наиболее распространенных в природе минералов. К ним относятся:

оптические свойства – прозрачность, цвет, цвет черты, блеск;

механические свойства – твердость, спайность и излом, удельный вес,

а также некоторые другие из физических свойств (магнитность, вкус, запах и т.д.).

Прозрачность - способность минерала пропускать свет. В зависимости от степени прозрачности все минералы делятся на 3 группы (при этом следует иметь в виду, что границы между ними условные):

1. 
   Прозрачные (сквозь минерал можно легко видеть различные предметы) – горный хрусталь, исландский шпат, топаз и др.
   
2. 
   Просвечивающие или полупрозрачные (сквозь минерал виден свет, но контуры предметов уже не различимы) – сфалерит, киноварь и др.
   
3. 
   Непрозрачные – пирит, магнетит, графит и др.
   

Для определения цвета минерала в порошке совсем необязательно дробить его весь на мелкие части. Для этого достаточно с легким нажимом несколько раз провести минералом по поверхности специальной пластинки из неглазированного фарфора (так называемому бисквиту) и оценить цвет получившейся черты. Следует иметь в виду, что минералы с высокой твердостью (более 6,5) вообще не оставляют окрашенного следа, а оставляют царапину на фарфоровой пластинке. Поэтому говорить, к примеру, о цвете черты алмаза бессмысленно.

Наконец, если минерал представлен тонкодисперсными, землистыми массами, то он не блестит, т.е. является матовым (мел, каолин, охры). Это происходит потому, что весь свет при отражении рассеивается совершенно равномерно, в результате блеска в обычном смысле слова нет.

Таблица 1

Минерал-эталон, который оставляет на другом царапину, считается более твёрдым. Если минерал оставляет на другом минерале черту (пишет), то он является более мягким. Твердость определяемого минерала принимают промежуточной между твердостью двух минералов-эталонов – более мягкого и более твердого по сравнению с испытуемым минералом. Например, если определяемый минерал царапается кварцем (7), а сам оставляет царапину на полевом шпате (6), то его твердость - 6,5 (или 6-7). Минералы с равными значениями твердости не царапают друг друга.

Кроме того, спайность в каждом минерале проявляется по определённому числу направлений: одному (слюды), двум (полевые шпаты), трем (кальцит, галит), четырем (флюорит) или шести (сфалерит). Степень совершенства спайности зависит от строения кристаллической решетки каждого минерала, так как разрыв по некоторым плоскостям этой решетки из-за более слабых связей происходит гораздо легче, чем по другим направлениям. В случае одинаковых сил сцепления между атомами по всем направлениям в кристалле, спайность отсутствует.

Неровная поверхность, получающаяся при раскалывании минералов, называется излом. Другими словами излом – это способность минералов раскалываться не только по плоскостям спайности, а по сложной неровной поверхности. Различают следующие виды излома:

Раковистый – похожий на внутреннюю поверхность раковины (кварц, халцедон, обсидиан). С раковистым изломом кремня человек познакомился в каменном веке – ведь именно этот тип излома дает такие острые режущие края.

Занозистый - напоминает поперечный излом древесины и свойственен волокнистым минеральным агрегатам – (асбест, амфиболы)

Крючковатый – поверхность излома как бы покрыта мелкими крючочками (самородная медь, серебро и другие ковкие металлы)

Землистый – поверхность излома матовая и как бы покрыта мелкой пылью (каолин)

Ровный – свойственен очень мелкозернистым агрегатам, например, яшмам.

Ступенчатый – возникает у минералов с хорошей спайностью.

Удельный вес (плотность) – соответствует массе минерала в граммах, заключенной в одном кубическом сантиметре его объема и является важным диагностическим признаком, так как колеблется в широких пределах – от 1,5 (бура, мирабилит) до 19-21 (золото и самородная платина). Важно научиться хотя бы приблизительно определять удельный вес минералов, взвешивая кусок минерала на ладони, чтобы различать минералы легкие, средние, тяжелые и очень тяжелые. Средним (типичным для подавляющего большинства минералов) является удельный вес 2,5 – 4.

Магнитность Некоторые минералы обладают магнитностью – т.е. способны действовать на магнитную стрелку компаса (сильно отклоняя ее) или притягиваются магнитом. Магнитных минералов очень мало, поэтому магнитность является очень важным диагностическим признаком, нередко позволяющим сразу установить название минерала.

В целом, можно предложить порядок выполнения работы с образцами учебной коллекции:

1. Определить форму минеральных агрегатов

2. Установить сколько минералов присутствует в минеральном агрегате.

Для каждого минерала определить:

- форму выделений (хорошо ограненные кристаллы или же зерна без четкой огранки; по форме – изометричные, удлиненные или уплощенные; в случае хорошо ограненных достаточно крупных кристаллов следует попробовать установить сингонию или группу сингоний, основные простые формы);

- оптические свойства: цвет, блеск, цвет черты, прозрачность;

- характер спайности или излома;

- твердость с помощью минералов-эталонов шкалы Мооса либо их заменителей;

После этого нужно попытаться определить минерал с помощью определителя. Каждый минерал необходимо определять только по совокупности всех признаков, пользуясь определителями минералов, методом последовательного исключения целых групп минералов, признаки которых не совпадают с признаками определяемого минерала. В первую очередь используются самые очевидные признаки. Если возникла такая необходимость (когда определенные свойства совпадают у нескольких похожих минералов) следует дополнительно определить прочие свойства: магнитность (с помощью компаса), запах (вкус), упругость; проверить, реагирует ли минерал с разбавленной соляной кислотой и т.д.

Ознакомившись с диагностическими свойствами минералов, студенты получают образцы из учебной коллекции и определяют свойства минералов, после чего, используя определитель, диагностируют минералы.
Контрольные вопросы:

1. Что такое минерал?

2. Чем определяется принадлежность минерала к конкретному минеральному виду?

3. Перечислите важнейшие физические свойства минералов.

4. Что такое цвет черты минерала?

5. Почему не определяется цвет черты минералов с высокой твёрдостью?

6. Что такое побежалость?

7. Что такое спайность? Назовите причины появления спайности.

8. Как оценивается спайность? Шкала спайности.

9. Какой блеск бывает у минералов?

10. Как определяется твердость минералов?

11. Перечислите минералы шкалы твердости Мооса.

12. Чем твердость отличается от спайности?

13. Каким бывает излом минералов?

14. Как определить удельный вес минерала? На какие группы делятся минералы по плотности (удельному весу)?
Литература:

1. Ананьев, В.П. Основы геологии, минералогии и петрографии: Учеб. для вузов [текст] / В.П.Ананьев, А.Д. Потапов. – 2-изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2005.

2. Короновский, Н.В. Геология: учебник [текст] / Н.В. Короновский, Н.А. Ясаманов. - 3-е изд., стер. - М.: ACADEMIA, 2006.

3. Музафаров В.Г. Определитель минералов, горных пород и окаменелостей. /В.Г. Музафаров. – М.: Недра, 1979. – 327 с.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2

Тема. Горные породы. Магматические горные породы, их структуры и текстуры.

Задачи. Ознакомление студентов с основами классификации и наиболее распространенными типами магматических горных пород, выработка навыков описания и практического определения магматических горных пород.

Учебный материал. Учебная коллекция магматических горных пород, таблица структур и текстур магматических горных пород.

Как известно, земная кора сложена различными горными породами, которые представляют собой закономерно построенные минеральные агрегаты.

По минеральному составу горные породы могут быть мономинеральными (состоящими только из одного минерала, как, например, кварцит) или полиминеральными (состоящими из нескольких минералов – например, гранит). Поэтому для успешного определения горных пород необходимо хорошее знание диагностических признаков минералов, особенно наиболее широко распространенных (породообразующих). К их числу относятся полевые шпаты, кварц, слюды, пироксены, амфиболы, оливин, нефелин, кальцит, доломит и другие.

По происхождению все горные породы можно разделить на три большие группы

- осадочные (образующиеся на поверхности Земли в результате экзогенных процессов);

- магматические (образующиеся в результате магматической деятельности);

- метаморфические (образующиеся в результате изменения, т.е. преобразования в недрах Земли ранее существовавших осадочных и магматических пород).

Происхождение горной породы и условия её образования отражаются в особенностях её сложения, характеризуемых понятиями структуры и текстуры.

Таким образом, горная порода – это природный полиминеральный или мономинеральный агрегат (или скопление аморфного вещества, например вулканического стекла), характеризующийся определенным составом, структурой и текстурой.

Структура – особенности строения горной породы, которые определяются размером и формой и взаимоотношениями слагающих ее зерен (обломков).

Текстура отражает особенности строения горной породы, обусловленные характером взаимного расположения слагающих ее зерен.

Если сравнить горную породу с многоэтажным домом, то структура его будет определяться формой и размерами комнат в каждой квартире (либо преобладающим размером комнат в доме), а текстура – взаимным расположением и характером чередования (закономерным или нет) квартир разной планировки как в пределах каждого этажа, так и во всем здании.

Как показывает само название, магматические породы образуются в результате кристаллизации (застывания) магмы или лавы. Магма может застывать на глубине, под покровом вышележащих пород и на поверхности, изливаясь в виде лавы. Образовавшиеся на глубине породы называются интрузивными (плутоническими), а возникшие при остывании излившейся на поверхность лавы – эффузивными (вулканическими). В первом случае процесс остывания протекает очень медленно и вся магма успевает закристаллизоваться, поэтому образуются зернистые (полнокристаллические) горные породы. Во втором случае породы не всегда успевают полностью закристаллизоваться и в них часто присутствует стекло (неполнокристаллические). При извержениях в жерлах вулканических аппаратов часто в результате взрывов возникают скопления разнородного лавового материала. Такие образования называют экструзивными породами. Часть продуктов вулканических выбросов состоит из твердых или полурасплавленных раздробленных продуктов извержений (вулканический пепел и песок, лапилли и вулканические бомбы – в совокупности называемые пирокластическим материалом). В результате образуются горные породы, которые носят общее название вулканические туфы.

Для того, чтобы успешно научиться отличать эффузивные породы от интрузивных, а также магматические горные породы от осадочных и метаморфических, следует запомнить и научиться различать наиболее характерные структуры и текстуры магматических горных пород

Структуры. В зависимости от условий образования (на глубине или на поверхности) можно выделить две основные группы структур – неполнокристаллические и полнокристаллические. Первые характерны только для эффузивных пород, а вторые для интрузивных.

Среди неполнокристаллических структур можно выделить порфировые и афировые (стекловатые или скрытокристаллические). В порфировых структурах невооруженным глазом видны сравнительно крупные (хорошо различимые невооруженным глазом) кристаллы минералов (пироксенов, полевых шпатов, оливина, кварца и т.д.), кристаллизация которых произошла еще до излияния лавы на поверхность. Эти минералы, образовавшиеся в первую стадию, и как бы «плавающие» среди нераскристаллизованной или скрытокристаллической основной массы, называются порфировые выделения или фенокристаллы.

Среди полнокристаллических структур преобладают зернистые, среди которых по относительной величине зерен минералов можно выделить равномернозернистые (зерна слагающих их минералов имеют близкие размеры) и неравномернозернистые (величина одних зерен существенно – более, чем в 3-5 раз отличается от величины других). Неравномернозернистые полнокристаллические структуры интрузивных пород, в отличие от порфировых неполнокристаллических структур эффузивных пород называются порфировидными. Среди равномернозернистых полнокристаллических структур в зависимости от величины зерен минералов выделяются крупнозернистые ( средний размер выделений минералов более 5 мм), среднезернистые (размер выделений минералов 3-5 мм), мелкозернистые (размер выделений минералов 1-2 мм) и тонкозернистые (размер выделений минералов менее 1 мм). Об очень тонкозернистых плотных породах, отдельные зерна в которых с большим трудом различаются невооруженным глазом, говорят, что они имеют афанитовую структуру.

Среди структур интрузивных пород следует особо отметить пегматитовую (графическую или микрографическую) структуру, возникающую при одновременной кристаллизации двух минералов (обычно кварца и полевого шпата), закономерно прорастающих друг в друга. Примером служит пегматит (письменный гранит, еврейский камень), на отполированной поверхности которого как будто видны древние письмена, напоминающие надписи на иврите или арабскую вязь.

Среди текстур различают однородную и неоднородные: такситовые, формирующиеся при расположении скоплений темно- и светлоокрашенных минералов в виде отдельных пятен и директивные (направленные), образующиеся при субпараллельной ориентировке удлиненных минералов, чередовании различных по цвету, структуре или составу полос (полосчатые). Для некоторых эффузивных пород (особенно кислых) характерна флюидальная текстура, связанная с течением магмы.

Ознакомившись с основными понятиями, с видами структур и текстур, характерных для эффузивных и интрузивных горных пород, студенты получают образцы магматических горных пород из учебной коллекции. При выполнении работы для каждой горной породы должны быть определены структура, текстура и, на основании этих характеристик, её происхождение (эффузивное или интрузивное).
Контрольные вопросы:

1. Что такое горные породы?

2. Какими понятиями характеризуется строение горной породы?

3. Дайте определение понятиям «структура» и «текстура».

4. На чём основана классификация горных пород? Назовите три основные группы, на которые подразделяются горные породы?

5. На какие две группы подразделяются магматические породы в зависимости от условий застывания расплава?

6. В чём разница между неполнокристаллическими и полнокристаллическими структурами? Какие из них характерны для интрузивных пород, а какие – для эффузивных?

7. В чём различие между афировыми и порфировыми структурами?

8. Что такое порфировидная структура и чем она отличается от порфировой?

9. Перечислите известные вам разновидности структур, характерные для эффузивных пород.

10. Перечислите известные вам разновидности структур, характерные для интрузивных пород

11. Что такое пористая и миндалекаменная текстуры? Что общего и в чём различие между ними? Для каких пород (эффузивных или интрузивных) эти текстуры характерны?

12. Какие виды неоднородных текстур встречаются в магматических породах?
Литература:

1. Ананьев, В.П. Основы геологии, минералогии и петрографии: Учеб. для вузов [текст] / В.П.Ананьев, А.Д. Потапов. – 2-изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2005.

2. Короновский, Н.В. Геология: учебник [текст] / Н.В. Короновский, Н.А. Ясаманов. - 3-е изд., стер. - М.: ACADEMIA, 2006.

3. 40. Юбельт, Р. Определитель горных пород [текст] / Р. Юбельт, П. Штрайер. – «Мир», 1978.

4. Юбельт, Р. Определитель минералов [текст] / Р. Юбельт. – М.: «Мир», 1978.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3

Тема. Классификация магматических горных пород. Практическое определение наиболее распространенных магматических горных пород.

Задачи. Ознакомление студентов с основами классификации и наиболее распространенными типами магматических горных пород, выработка навыков описания и практического определения магматических горных пород.

Учебный материал. Учебная коллекция магматических горных пород, шкала Мооса, 10% соляная кислота в капельницах. Наглядные пособия: классификация магматических горных пород, схема описания магматических горных пород.

Классификация магматических горных пород основана на их химическом составе, от которого, в свою очередь, зависит состав минеральный.

Основными компонентами магматических горных пород являются: SiO₂, TiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, FeO, MnO, MgO, CaO, Na₂O, K₂O, P₂O₅, За основу классификации магматических горных пород принято содержание SiO₂, а также общее (суммарное) содержание щелочей - Na₂O и K₂O (в весовых процентах). В зависимости от содержания SiO₂ выделяют кислые (64-78% SiO₂), средние (53-64% SiO₂) , основные (45-53% SiO₂) и ультраосновные породы, содержащие 30-45% SiO₂. В каждой из этих групп по щелочности (суммарному содержанию Na₂O и K₂O) выделяются породы низкощелочные, умеренно-щелочные и щелочные.

Среди минералов магматических горных пород различают главные или породообразующие минералы, слагающие основную массу породы и второстепенные минералы, присутствующие в меньшем количестве (могут и отсутствовать). Породообразующими минералами обычно являются кварц, полевые шпаты, пироксены, амфиболы, слюды, оливин, нефелин. Минералы, богатые кремнием и алюминием имеют светлую окраску (полевые шпаты, кварц, мусковит). Минералы, обогащенные железом и магнием темноокрашенные (пироксены, амфиболы, биотит, оливин), поэтому их называют темноцветными минералами. По происхождению и времени образования минералы магматических горных пород делятся на первичные, которые образуются при кристаллизации самой магмы, и вторичные, которые образуются из первичных в процессе последующего изменения пород. При определении названия магматической горной породы учитываются только количественные соотношения первичных минералов.

В таблице 2 приводится упрощенная классификация магматических пород (цвет ячеек таблицы соответствует цвету, принятому для обозначения интрузивных пород данного состава на геологических картах). Наряду с интрузивными здесь показаны и аналогичные им по химическому и минеральному составу эффузивные породы. Ниже приводится краткая характеристика наиболее распространенных магматических горных пород, которая дополняет табл. 2 и может оказаться полезной при практическом определении горных пород магматического происхождения.

Таблицей 2 можно пользоваться как простейшим определителем наиболее распространенных групп горных пород. При этом следует иметь в виду, что кроме указанных в ней пород в природе существуют и породы промежуточного состава. Например, между гранитами и диоритами (гранодиориты), гранитами и сиенитами (граносиениты), диоритами и габбро (габбродиориты) и т.д. Содержание кварца в граносиенитах и гранодиоритах более 10 -15%, но всегда менее 25% (иначе эти породы следовало бы называть гранитами).