Лабораторна робота № 2

Основні породо- і рудотворні мінерали та їх визначення

Вступ

Виконання цієї лабораторної роботи ставить перед собою завдання навчити студентів найпростішим прийомам вивчення і визначення основних породо- і рудотворних мінералів, які входять до складу різних гірських порід і особливо осадових, які є основними колекторами переважної більшості нафтових і газових родовищ. Знання морфологічних і фізичних властивостей мінералів, особливостей їх формування та розповсюдження у земній корі мають не тільки велике теоретичне, але й надзвичайно важливе практичне значення. При геологорозвідувальних роботах і особливо при бурінні нафтових і газових свердловин, проведення методів інтенсифікації видобутку нафти і газу, вивчення і визначення мінерального складу продуктивних пластів визначає принципові підходи не тільки для вироблення найбільш оптимальних систем ведення пошуково-розвідувального буріння, але й визначення основних напрямків розробки нафтових і газових покладів, які б забезпечили максимальну нафтогазоконденсатовіддачу.

2 Обґрунтування роботи і методика її виконання

Мінерали є природними сполуками з певним хімічним складом, внутрішньою будовою, морфологічними, фізичними і генетичними особливостями, які сформувалися в надрах Землі або на її поверхні в результаті різних геологічних процесів. За фазовим станом всі мінерали поділяються на три великих групи – тверді, рідкі та газоподібні. При виконанні даної роботи проводиться вивчення тільки твердих мінералів, серед яких за ступенем впорядкування атомів, іонів і молекул в їх структурах виділяють: кристалічні та аморфні.

Вивчаючи мінерали, перш за все, необхідно розглянути питання про мінеральні суб'єкти, як основу для їх класифікації. На сучасному етапі розвитку мінералогічної науки таким основним суб'єктом є мінеральний вид – природна речовина з певним, тільки йому притаманним, хімічним складом, внутрішньою будовою, фізичними та морфологічними властивостями, яка утворилася в надрах Землі або на її поверхні в результаті різноманітних геологічних процесів. Кожний мінеральний вид може мати ряд мінеральних різновидностей, які характеризуються певними відмінностями як фізичних, так і морфологічних особливостей.

Мінеральні види, в яких хімічний склад і кристалічна структура незмінні, носять назву мінеральний вид сталого складу. Мінеральний вид, в якому хімічний склад може безперервно змінюватися без зміни кристалічної структури, носить назву мінерального виду змінного складу. Це так звані ряди безперервного досконалого ізоморфізму. Як приклад мінеральних видів сталого складу можна назвати алмаз /С/, галіт /NaCl/ та ін; змінного-плагіоклази, склад яких безперервно змінюється від альбіту Na[AlSi₃O₈] до анортиту Ca[Al₂Si₂O₈]. В основу класифікації мінералів покладено, так званий, кристалохімічний принцип, який базується на хімічній природі мінералів, особливостях їх внутрішньої будови, взаємозв’язку між окремими структуроутворюючими одиницями /атомами, іонами та молекулами/ та рядом інших особливостей. Виходячи з цього, всі мінерали згруповано у відповідні класи (таблиця 1).

Таблиця 1 - Класифікація мінералів

№ п/п	Назва типу мінералів	Назва класу мінералів
I	Тип простих речовин (самородних елементів)	- клас самородних металів - клас самородних неметалів
II	Тип сульфідів і близьких до них мінералів	- клас моносульфідів - клас полісульфідів
III	Тип оксидів і гідрооксидів	- клас оксидів - клас гідрооксидів
IV	Тип солей кисневих кислот	- клас силікатів - клас боратів - клас фосфатів - клас карбонатів - клас вольфраматів - клас молібдатів - клас сульфатів - клас нітратів
V	Тип галоїдів	- клас фторидів - клас хлоридів
VI	Тип вуглеводневих мінералів	- клас твердих вуглеводнів - клас ліптобіолітів(викопні смоли)

Виділення типів мінералів проведено за їх близьким хімічним складом і типом зв’язку в кристалічних структурах.

Класи мінералів – об’єднують мінерали близької хімічної природи (наприклад: клас силікатів – солі кремнієвих кислот, клас карбонатів – солі вугільної кислоти та ін.).

Більш дрібні класифікаційні одиниці розглядаються при описі окремих груп мінералів.

Знання студентом класифікаційного положення мінералу в загальній систематиці мінеральних речовин визначає не стільки ступінь засвоєння ним основних параметрів і властивостей мінералів, але також багатьох структурно-хімічних особливостей.

Засвоєння мінералів рекомендується розпочинати із складання таблиці морфологічних, хімічних, фізичних і генетичних особливостей: окремих мінералів. При цьому засвоєння мінералів розподіляється на два етапи: власне запам’ятовуючий, який здійснюється за межами лабораторії, і діагностичний, котрий проводиться в лабораторії. На першому етапі студенту необхідно засвоїти деякі дані, які не вимагають лабораторних визначень, а саме - назву мінералу, його хімічну формулу, головні різновидності, сингонію, в якій кристалізується мінерал, основні способи утворення мінералів як в надрах Землі, так і на її поверхні, представників головних вітчизняних і зарубіжних родовищ і, нарешті, практичне значення мінералу - чи є мінерал рудо- й породоутворюючим, яка його роль у складі земної кори або іншої гірської породи.

Засвоєння наведених вище питань рекомендується проводити в домашніх умовах за складеною таблицею.

Другий етап вивчення мінералів пов'язаний з роботою студента в лабораторних умовах з відповідною мінералогічною колекцією. Вивчення мінералів в лабораторних умовах проводиться, по-перше, візуально і, по-друге, за допомогою простих лабораторних визначень.

До візуальних визначень відносяться визначення морфології мінеральних індивідів і морфології мінеральних агрегатів, визначення кольору, блиску, спайності, зламу та деяких інших властивостей.

Визначення густини, твердості, кольору риси, магнітності, радіоактивності, розчинності, розкладання, горючості, смаку та деяких інших властивостей супроводжується виконанням простих визначальних операцій, коротка характеристика яких розглядалася при виконанні лабораторної роботи № 2.

При вивченні окремих мінералів рекомендується наступна послідовність засвоєння матеріалу та проведення визначальних операцій:

1. Назва мінералу.

2. Кристалохімічна формула, хімічні і механічні домішки.

3. Різновидності мінералу.

4. Сингонія, в якій кристалізується мінерал.

5. Морфологія мінеральних індивідів і мінеральних агрегатів.

6. Фізичні, густина, механічні, оптичні, магнітні, радіоактивні та інші властивості мінералу.

7. Головніші діагностичні ознаки мінералу.

8. Генезис.

9. Асоціації мінералу.

10. Поведінка мінералу в зоні окислення.

11. Найважливіші родовища в Україні і закордоном.

12. Практичне значення мінералу та його роль у складі земної кори.

3 Тип простих речовин (самородних елементів)

До типу простих речовин належать мінерали, які знаходяться в земній корі в елементарному стані або утворюють тверді розчини.

Вони представлені двома класами:

1. Клас самородних металів: золото, срібло, мідь.

2. Клас самородних неметалів: алмаз, графіт, сірка.

Золото – Au. Різновидність, яка містить понад 20% срібла, називається електрумом.

Кристалізується в кубічній сингонії. Індивіди представлені ізометричними і октаедричними кристалами, лусками, самородками. Густина 16,6 – 18,3, твердість 2,5, спайність відсутня, ковке, забарвлене в золотисто-жовтий колір, має металевий блиск. Родовища: Україна (Закарпаття, Придністров’я), Росія (Урал, Якутія), США (Аляска, Каліфорнія) ін. Використовується як валютний матеріал, а також в електронній промисловості.

Срібло – Ag. Кристалізується в кубічній сингонії. Індивіди представлені ізометричними гексаедричними кристалами, лусками; агрегати – дендритами. Густина 10,1 –11,1, твердість 2,5, спайність відсутня, ковке, забарвлене у срібно-білий колір. На поверхні чорніє. Родовища: Німеччина (Шнеберг), Мексика (Пачука), Росія (Алтай) та ін. Використовується як валютний матеріал і в електронній промисловості.

Мідь – Cu. Кристалізується в кубічній сингонії. Індивіди представлені ізометричними гексаедричними кристалами; агрегати – дендритовидні, зернисті. Густина 8,5 – 8,9, твердість 3,0, ковка, спайність відсутня, колір мідно-червоний, блиск металічний, на поверхні зеленіє. Родовища: Україна (Волинь), США (Мічіган), Росія (Урал). Використовується в електротехніці.

Платина – Pt. Кристалізується в кубічній сингонії. Індивіди представлені ізометричними гексаедричними кристалами; агрегати – зернисті, часто – самородки. Густина 15,0 –19,0, твердість 4,0 – 4,5, спайність відсутня, колір сріблясто-сірий, риса – срібляста, блиск металічний. Родовища: Росія (Урал),США (Каліфорнія), Південна Африка (Вітватерсфанд) та ін. Використовується як валютний матеріал і в ювелірній справі.

Алмаз – С. Кристалізується в кубічній сингонії. Індивіди представлені ізометричними октаедричними кристалами; агрегати – зернисті. Густина 3,50 – 3,53, твердість 10,0, спайність досконала по октаедру, забарвлений в блакитний, водяно-прозорий, жовтий, зеленуватий, чорний кольори, блиск алмазний, риса біла. Родовища: Південна Африка (Кімберлі), Індія (Панна), Індонезія (Калімантан), Росія (Якутія). Використовується в оброблювальній техніці і ювелірній промисловості.

Графіт – С. Кристалізується в гексагональній сингонії. Індивіди представлені таблитчастими кристалами, агрегати зернисті. Густина 2,09 –2,23, твердість 1,0, спайність цілком досконала по пінакоїду, колір залізо-чорний, блиск напівметалічний, риса чорна. Родовища: Україна (Завалівське, Петрівське), Канада (Квебек), США (Род-Айленд), Росія (Ботогольське). Використовується в електричній і атомній промисловостях, для виготовлення олівців та ін.

Сірка - S. Кристалізується в ромбічній сингонії. Індивіди представлені таблитчастими кристалами, агрегати зернисті. Густина 2,05 –2,08, твердість 1 - 2, спайність середня по призмі, колір жовтуватий, риса жовтувата, блиск алмазний. Родовища: Україна (Прикарпаття), Росія (Поволжя), Узбекистан (Шорсу), Туркменія (Гаурдак), США (Техас). Використовується в хімічній промисловості.

3.1 Типи сульфідів

До типу сульфідів належать похідні H₂S, H₂Se, H₂Te. Серед них виділяють два класи.

Клас моносульфідів – галеніт, сфалерит, кіновар, піротин, пірит, марказит, молібденіт.

Клас полісульфідів – халькопірит, арсенопірит.

Галеніт – PbS. Кристалізується в кубічній сингонії. Індивіди представлені гексаедричними і октаедричними кристалами; агрегати – зернисті, друзи. Густина 7,4 – 7,6, твердість 2 – 3, спайність досконала по кубу, колір свинцево-сірий, риса свинцево-сіра, блиск металічний. Родовища: Україна (Закарпаття, Донбас), Росія (Урал, Забайкалля), США (Місурі), Канада (Суліван), Німеччина (Фрейберг) та ін. Використовується як руда на свинець.

Сфалерит – ZnS. Кристалізується в кубічній сингонії. Індивіди представлені тетраедричними кристалами, агрегати - зернисті, друзи. Густина 3,5-4,2, твердість 3-4, спайність досконала по тетраедру, колір жовтий, темно бурий, чорний, риса бура, блиск алмазний. Родовища: Україна (Закарпаття, Донбас), Росія (Урал), Чехія (Пшебрам), Румунія (Капнік), США (Кінгем) та ін. Використовується як руда на цинк.

Кіновар – HgS. Кристалізується в тригональній сингонії. Індивіди представлені ромбоедричними кристалами; агрегати - зернисті, вкрапленики в породі. Густина 8,09-9,20, твердість 2-3, спайність досконала по ромбоедру, колір червоний, риса червона, блиск алмазний. Родовища: Україна (Донбас, Закарпаття), Іспанія (Альмаден), Італія (Аміата), Китай (Юньнань) та ін.

Піротин – FeS. Кристалізується в гексагональній сингонії. Індивіди представлені пластинчастими кристалами, агрегати - зернисті, масивні. Густина 4,58-4,70, твердість 1 4-5, спайність слабо виражена по пінакоїду, злам нерівний до мушлевидного, непрозорий, колір бронзово-жовтий, риса сірувато - чорна, блиск металічний. Родовища: Росія (Норільське), Румунія (Трансільванія), Італія (Трентіко), Південна Африка (Бушвельт) та ін. Використовується в хімічній промисловості для одержання сірчаної кислоти, а також як руда на нікель, кобальт, золото.

Пірит – FeS₂. Кристалізується в кубічній сингонії. Мінеральні індивіди представлені гексаедричними кристалами з характерною взаємоперпендикулярною на гранях куба штрихуватістю; агрегати - зернисті масивні, часто друзи. Густина 4,9-5,2, твердість 3-7, спайність відсутня, крихкий. Забарвлення золотисто-жовте, риса зеленувато-чорна, блиск металічний. Родовища: Росія (Урал), Іспанія (Гуєльва) та ін. Використовується для виготовлення сірчаної кислоти, іноді як руда на золото.

Марказит – FeS₂. Кристалізується в ромбічній сингонії. Індивіди представлені таблитчастими і видовжено-призматичними кристалами; агрегати - зернисті масивні, конкреції, друзи. Густина 4,6-4,9, твердість 5, має середню спайність по ромбічній призмі, крихкий, колір сталево-сірий, риса чорна, блиск металічний. Родовища: Україна (Закарпаття), Росія (Урал), Німеччина (Клаусталь) та ін. Використовується як руда для одержання сірчаної кислоти.

Молібденіт – MoS₂. Кристалізується в гексагональній сингонії. Індивіди представлені таблитчастими кристалами, лусками; агрегати лускувато-зернисті. Густина 4,7-5,0, твердість 1, має досконалу спайність по пінакоїду, крихкий, колір свинцево-сірий, риса свинцево-сіра, блиск металічний. Родовища: Росія (Східний Сибір), Австралія (Новий Південний Уельс), США (Огден) та ін.

Халькопірит – CuFeS₂. Кристалізується в тетрагональній сингонії. Індивіди рідкісні і представлені пластинчастими кристалами, агрегати масивні дрібнозернисті. Густина 4,1-4,3, твердість 3-4, спайність відсутня, крихкий, колір латунно-жовтий, риса зеленувато-чорна, блиск металічний. Родовища: Україна (Закарпаття, Донбас), Росія (Урал), Казахстан (Коунрад), Узбекистан (Алмалик), Англія (Корнуел), Канада (Седбері), США (Бінгем) та ін. Використовується як руда на мідь.

Арсенопірит – FeAsS. Кристалізується в моноклінній сингонії. Індивіди призматичні, списовидні, голчасті, агрегати - зернисті, масивні. Густина 5,9-6,2, твердість 5-6, спайність досконала по ромбічній призмі, крихкий, забарвлення олов’яно-біле, колір риси сірувато-чорний, блиск металічний. Родовища: Росія (Качказьке, Джетигоринське), Швеція (Боліден), США (Трео Германес) та ін.

3.2 Тип оксидів і гідрооксидів

До типу оксидів і гідрооксидів належать сполуки металів і металоїдів з киснем і гідроксилом. Всі мінерали цього типу відповідно до їх хімічного складу поділяються на два класи:

Клас оксидів – вода, лід, уранініт, хроміт, магнетит, рутил, піролюзит, каситерит, корунд, гематит, кварц, опал.

Клас гідрооксидів – гетит, псиломелан, гідраргіліт.

Вода – H₂O. Найбільш поширений мінерал на Землі, створює її водну оболонку - гідросферу, яка включає океани, моря, озера, ріки, водосховища, підземні і ґрунтові води. Кількість води в гідросфері складає 1,4-1;5 млрд. км³; в глибинах Землі і її мантії 13-15 млрд. км³, в атмосфері - 13-15 тис. км³. Вода аморфна, знаходиться в рідинному, твердому і газоподібному станах. Густина дистильованої води 1,0 при Т = 4°С. Безбарвна у великих масах набуває блакитного відтінку, прозора, без смаку і запаху, блиск скляний. При температурі нижче 1°С переходить у тверду кристалічну фазу - лід. Серед усіх природних речовин має найбільше значення. Використовується майже у всіх технологічних процесах, є головною складовою частиною всіх організмів і їх життєзабезпечення.

Лід – H₂O. Це тверда кристалічна модифікація води. Кристалізується в гексагональній сингонії. Індивіди представлені шестикутними сніжинками, рідко гексагональними стовпчастими кристалами, агрегати зернисті, масивні, в більшості пухкі. Густина 0,917, твердість 1,5, спайність відсутня, крихкий, колір безбарвний, водяно-прозорий, білий, блиск скляний. Родовища льоду численні (Арктика, Антарктида, льодовики високогірних областей та ін.). Використовується в холодильній справі.

Уранініт – UO₂. Кристалізується в кубічній сингонії. Індивіди - гексаедричні і кубооктаедричні, агрегати – зернисті, іноді натічні (настуран). Густина 10,3-10,6, твердість 5-6, спайність відсутня, крихкий, колір смоляно-чорний, риса чорна, блиск напівметалічний, дуже радіоактивний. Родовища: Україна (Придніпров’я), Росія (Урал), Німеччина (Рудні гори), Канада (Гуннар), Заїр (Шинколобве).

Хроміт – (MgFe) Cr₂O₄. Кристалізується в кубічній сингонії. Індивіди представлені октаедричними кристалами; агрегати – масивні зернисті. Густина 4,0 - 4,8, твердість 5-7, спайність відсутня, блиск металовидний, колір залізо-чорний, риса чорна, магнітний. Родовища: Казахстан (Актюбінська обл.), Африка (Замбія). Основна руда на хром.

Магнетит – Fe²⁺Fe₂³⁺O₄. Кристалізується в кубічній сингонії. Індивіди представлені октаедричними кристалами; агрегати - масивні, зернисті. Густина 4,9-5,2, твердість 5-6, спайність відсутня, крихкий, колір залізо-чорний, риса чорна, блиск напівметалевий, сильно магнітний. Родовища: Україна (Кривий Ріг), Росія (Белгородська обл., Урал), Швеція (Кірунавара, Люосавара), США (Верхне Озерське). Є важливою рудою на залізо.

Рутил – TiO₂. Кристалізується в тетрагональній сингонії. Індивіди представлені стовпчастими, голчатими та списовидними кристалами, агрегати - зернисті, вкрапленики в породі. Густина 4,2-4,3, твердість 6, спайність досконала по тетрагональній призмі, колір темно-бурий, риса від білої до буроватої, прозорий, блиск алмазний. Родовища: Україна (Волинь, Приазов’я), Росія (Атлянське, Кутимське), Швейцарія (Біненталь), США (Хорфорд, Нельсон).

Каситерит – SnO₂. Кристалізується в тетрагональній сингонії. Індивіди біпірамідальні, призматичні до списовидних; агрегати - зернисті. Густина 6,8-7,0, твердість 6-7, спайність відсутня, крихкий, колір від жовто-бурого до чорного, напівпрозорий, риса бура, блиск алмазний. Родовища: Росія (Забайкалля, Далекий Схід), Бірма, Тайланд, Англія (Корнуел), Болівія. Використовується як руда на олово.

Піролюзит – MnO₂. Кристалізується в тетрагональній сингонії. Індивіди представлені призматичними до голчастих кристалів; агрегати - зернисті, порошкуваті, сажисті, часто у вигляді конкрецій різної величини. Густина 4,7-5,0, твердість 5-6, спайність досконала по тетрагональній призмі, крихкий, колір чорний, риса чорна, блиск напівметалевий, непрозорий. Родовища: Україна (Нікопольське, Інгулецьке), Грузія (Чіатурі), Індія (Балагат, Нагпур), Пакистан (Бандат). Використовується як руда на марганець.

Корунд – Al₂O₃. Кристалізується в тригональній сингонії. Індивіди представлені діжкоподібними стовпчастими, пірамідальними і таблитчастими кристалами; агрегати зернисті (наждак). Густина 3,95-4,10, твердість 9, спайність відсутня, забарвлення – червоне (рубін), синє (сапфір), чорне, риса біла, блиск скляний, прозорий. Родовища: Україна (Запоріжжя), Росія (Борзовське), Казахстан (Семіз-Богу), Греція (Наксос), Бірма, Тайланд, Індія, США (Корундум-Хіл). Використовується в обробній промисловості як абразивний матеріал, дорогоцінні різновидності – в ювелірній промисловості.

Гематит – Fe₂O₃. Кристалізується в тригональній сингонії. Індивіди представлені пластинчатими і таблитчастими кристалами; агрегати - зернисті лускаті, натічні. Густина 5,0-5,2, твердість 5-6, спайність відсутня, крихкий, забарвлення вишнево-червоне, риса вишнева, блиск металовидний. Родовища: Україна (Кривий Ріг), Росія (Белгородська обл.), Румунія (Догнашка, Коку-гора), США (Верхнє озеро). Використовується як руда на залізо.

Кварц – SiO₂. Кристалізується в тригональній сингонії. Індивіди представлені призматичними, видовжено-призматичними, біпарамідальними кристалами; агрегати - друзи, щільні зернисті. Густина 2,65, твердість 7, спайність відсутня, забарвлення водяно-прозоре (гірський кришталь), фіолетове (аметист), чорне (моріон), димчасте (раухтопаз), лимонно-жовте (цитрин), золотисте-жовте (авантюрин) та ін. Має п’єзоелектричні властивості. Серед приховано кристалічних різновидностей виділяють халцедон, сердолік (блідо рожевий), хризопраз (яблучно-зелений), онікс (грубосмугастий), яшма (смугаста різнозабарвлена), роговик (окремніла порода) та ін. Всі різновидності кварцу прозорі і напівпрозорі, блиск скляний, риса біла. Родовища: Україна (Володимир-Волинський), Росія (Мурзинське), Бразілія (Мінас, Жераіск).

Опал – SiO₂nH₂O. Єаморфізованою сумішшю кварцу і води, вміст якої коливається від 0,4 до 28,0 %. Часто утворює натічні агрегати. Густина 1,9-2,3, твердість 5-6, забарвлення біле, сіре різних відтінків, риса біла, блиск скляний. Опали органічного походження входять до складу трепелів і діатомітів. Родовища: Україна (Придніпров’я, Закарпаття), Росія (Саратовська, Курська обл.), Ісландія. Використовується в ювелірній (благородний опал), скляній, керамічній та будівельній промисловостях.

Гетит – FeO(OH). Кристалізується в ромбічній сингонії: Індивіди представлені кристалами видовжено-призматичного і голчастого габітусів; агрегати зернисті, натічні ниркоподібні, пористі, порошкуваті та ін. Гетит з великим вмістом води носить назву лімоніту. Густина 3,3-4,4, твердість 3-4, спайність досконала, забарвлення жовтувато-буре, риса ясно-бура, напівпрозорий. Родовища: Україна (Керч), Росія (Липіцька і Тульська обл.), Чехія (Пршібрам). Використовується як руда на залізо.

Псиломелан – BaMn²⁺Mn⁴⁺9O^2-x3H₂О. Кристалізується в моноклінній сингонії. Індивіди мають вигляд пластинчасто-лусчатих кристалів; агрегати скритокристалічні, дрібнокристалічні, натічні, порошкуваті. Густина 3,95-4,71, твердість 4-5, спайність відсутня, крихкий, злам нерівний, забарвлення чорне, іноді бурувате, риса бура до чорної, блиск напівметалевий. Родовища: Україна (Нікопольське), Грузія (Чіатурі). Використовується як руда на марганець.

Гідраргіліт – Al(OH)₃. Кристалізується в моноклінній сингонії. Індивіди представлені псевдогексагонально-призматичними кристалами; агрегати - тонколусчаті, скритокристалічні. Густина 2,43, твердість 2-3, спайність цілком досконала по пінакоїду, забарвлення біле з бурими відтінками, червонувате, риса біла, блиск скляний до перламутрового, прозорий. Родовища: Україна (Придніпров’я), Росія (Урал), Гана, Замбія.

Дата добавления: 2015-11-14