Текст книги "Определитель минералов"

Автор книги: Рудольф Юбельт

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 21 страниц)

ДВОЙНИКИ

В мире минералов широко распространены двойники и сростки (табл. 3). Эти агрегаты часто можно распознать по входящим углам у кристаллов. Существует ряд простых и сложных двойников. Так, у полевых шпатов карлсбадские двойники представляют собой простые двойники срастания, а манебахские двойники – это пример сложного двойникования. Другой формой двойнико–вания являются двойники прорастания, часто наблюдающиеся, например, у флюорита. Наряду с двойниками существуют также тройники и полисинтетические двойники, например у арагонита и др. Кроме того, у ставролита, у авгита из базальтов и у ряда других минералов наблюдаются крестообразные двойники.

ТАБЛИЦА 3

ДВОЙНИКИ

Магнетит, октаэдры, простой двойник

Шпинель, октаэдры, полисинтетический двойник

Ортоклаз, карлсбадский двойник

Гипс, двойник

Оловянный камень (касситерит), двойник

Плавиковый шпат (флюорит), двойник

ФОРМЫ КУБИЧЕСКОЙ СИНГОНИИ

Каменная соль, куб: шестигранник

Магнетит, октаэдр: восьмигранник

Гранат, ромбододекаэдр: двенадцатигранник

Лейцит, икоситетраэдр (тетрагон–триоктаэдр); двадцатичетырехгран–ник (лейцитоэдр)

Пирамидальный куб (двадцатичеты–рехгранник)

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ

Внешними признаками минералов наряду с формой их кристаллов являются их физические свойства: твердость, плотность, спайность, хрупкость, упругость, пластичность, ковкость, оптические свойства (например, окраска, цветная иризация, блеск, прозрачность, двупреломление), а также магнитные и электрические свойства и такие свойства, как вкус, запах и ощущение при прикосновении, т. е. восприятие минералов на ощупь гладкими, твердыми или шероховатыми. Все они позволяют определять минералы по их внешним признакам.

НЕКОТОРЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ ПО ПОВОДУ НАИБОЛЕЕ ХАРАКТЕРНЫХ ВНЕШНИХ ПРИЗНАКОВГРУППИРОВКА МИНЕРАЛОВ ПО ЦВЕТУ

По цвету среди минералов различаются цветные, бесцветные и окрашенные (примесями или облучением).

Металлические окраски: серебряно–белая, латунно–желтая, шпейсово–желтая (окраска колокольной бронзы), золотисто–желтая, бронзово–желтая, медно–красная, томпаково–бурая (цвет смуглой кожи), стально–се–рая и железно–черная.

Бесцветными являются водяно–прозрачные, чистые минералы (горный хрусталь и алмаз).

Окрашенные минералы – окраска вызывается минеральными примесями, включениями жидкости или газа, а также радиоактивным излучением.

По Бетехтину выделяются минералы – эталоны того или иного цвета, окраска которых отлцчается наибольшим постоянством:

Цвет	Минерал	Цвет	Минерал
Фиолетовый	Аметист	Оловянно–белый	Арсенопирит
Синий	Азурит	Свинцово–серый	Молибденит
Зеленый	Малахит	Стально–синий	Блеклая руда
Желтый	Аурипигмент	(цвета вороне-
Оранжевый	Крокоит	ной стали)
Красный	Киноварь	Железно–черный	Магнетит
Бурый	Лимонит	Индигово–синий	Ковеллин
Желто–бурый	Землистый ли монит	Медно–красный	Самородная медь
		Латунно–желтый	Халькопирит
		Золотисто–желтый,	Золото
		металлический

ГРУППИРОВКА МИНЕРАЛОВ ПО БЛЕСКУ

Рудные минералы характеризуются металлическим блеском (галенит, пирит, халькопирит и др.); различают также алмазный блеск (алмаз, сфалерит), стеклянный блеск (кварц на поверхностях граней, берилл, кальцит, полевой шпат и др.), жирный блеск (поверхность излома кварца, нефелина, серы и др.), перламутровый блеск (слюда, опал, гипс и др.), шелковистый блеск (асбест, халцедон, псиломелан), матовый блеск (полевые шпаты, землистый гематит, каолинит, псиломелан и др.).

Специфические виды блеска или отлива. Опалесцен–ция (опал) – цветовые переливы в минерале, возникающие под действием падающего света, например так называемый «огонь» у огненного опала; люминесценция (фосфоресценция); флуоресценция – излучение минералом света (послесвечение), возбуждение ионов его решетки путем облучения (кварцевой лампой), нагревания или трения (флюорит, барит); цветовой отлив или металлический блик (иризация) – игра цветов на определенных плоскостях, например у анортоклаза, Лабрадора, битовнита.

ПРОЗРАЧНОСТЬ МИНЕРАЛОВ

Многие минералы (особенно «чистые», беспримесные) прозрачны, например кварц, горный хрусталь, кристаллический гипс, алмаз, другие – мутные, просве-

чивают, например молочный кварц, берилл, слюда. Многие рудные минералы просвечивают по краям, например сфалерит, пираргирит, и, наконец, наблюдаются абсолютно непрозрачные минералы, такие, как магнетит, хромит, галенит, золото, платина и серебро.

РАЗЛИЧИЕ МИНЕРАЛОВ ПО ЦВЕТУ ЧЕРТЫ

Цветную или не окрашенную (бесцветную) черту получают, царапая минералом с достаточным нажимом неглазурованную фарфоровую пластинку. Цвет оставляемой минералом черты дает нам указания на тот или иной минеральный вид.

Так, например, лимонит (бурый железняк) дает коричневую черту, гематит (красный железняк) – красную, магнетит (магнитный железняк) – черную. Кварц и все минералы, имеющие твердость от 7 до 10, вообще не дают черты или имеют белую (бесцветную) черту.

Во многих случаях цвет черты и цвет минерала сильно различаются.

Минерал	Окраска минерала	Окраска черты
Галенит	Серая, металлически–белая	Серовато–черная
Пирротин	Томпаково–бурая	Черная
Пирит Халькопирит	Шпейсово–желтая	Серовато–черная
	Золотисто–желтая	Зеленовато–черная

ТВЕРДОСТЬ МИНЕРАЛОВ

В соответствии с химическим составом и строением кристаллической решетки минералы обнаруживают различную твердость. Алмаз, например, имеет чрезвычайно высокую твердость, а такие минералы, как графит, гипс и тальк, наоборот, очень мягкие и царапаются ногтем. Твердость минералов определяется по шкале твердости Мооса, включающей десять минералов. Каждый последующий (по твердости) минерал царапает более мягкий предыдущий, чем и задаются интервалы твердости.

В практике используется следующее деление: минералы с твердостью от 1 до 2 царапаются ногтем, с твердостью от 3 до 5 – острием ножа, минералами с твердостью от 6 до 7 можно царапать стекло, а минералами с твердостью от 8 до 10 – резать его.

Твердость	Типичный минерал	Чем можно поцарапать
1–2	Тальк Гипс	Ногтем
3	Исландский шпат	Медной монетой
4	Флюорит	Железным гвоздем
5	Апатит	Стеклом
6	Полевой шпат	Стальным ножом
7 8 9 10	Кварц Топаз Корунд Алмаз	Самая высокая твердость

ПЛОТНОСТЬ МИНЕРАЛОВ

Измерение плотности минералов (в г/см 3) весьма важно для их определения и прежде всего имеет практическое значение при подсчете запасов промышленных минеральных и рудных месторождений. Минералы с вы–сокой атомной массой (такие, как серебро, золото, платина) отличаются высокой плотностью, минералы с металлическим блеском – средней, а с неметаллическим (это большей частью породообразующие минералы) – малой плотностью.

В последней группе в целом плотность возрастает с увеличением твердости.

Минерал	Плотность	Характеристика плотности
Каменная соль	2,20 2,30	Низкая плотность
Гипс
Кварц Кальцит Ортоклаз	2,65 2,70 2,76	Средняя плотность

Продолжение

Минерал	Плотность	Характеристика плотности
Плагиоклаз	2,61–2,78
Биотит	2,90–3,20
Авгит	3,30–3,50
Амфибол	2,90–3,50	Сравнительно высокая
Оливин	3,30
Гранат	3,50–4,20	плотность
Циркон	3,90–4,80
Магнетит	5,20
Гематит	5,30	Высокая плотность
Галенит	7,00
Серебро	10,50
Золото	15,50–19,40	Очень высокая плотность
Платина (чистая)	21,50

ПОВЕРХНОСТЬ ИЗЛОМА МИНЕРАЛОВ

При раскалывании минералов, лишенных спайности или обладающих плохой спайностью, возникают незакономерные поверхности излома, который по внешнему облику характеризуется как раковистый (опал), неровный (пирит), ровный (вюртцит), занозистый (актинолит), крючковатый (самородное серебро), шероховатый (диопсид) или землистый (лимонит).

ХРУПКОСТЬ И УПРУГОСТЬ МИНЕРАЛОВ

Минералы ведут себя no–разному при различных механических воздействиях (раскалывании, царапании, резании или изгибании). Если порошок, образующийся при царапании минерала, разлетается в стороны, – минерал хрупкий (кварц, полевой шпат), если же порошок остается на месте, – минерал мягкий (тальк). Минерал называется ковким, если при царапании не образуется порошка (самородная медь); пластичными считаются минералы, которые можно расплющить молотком (платина, золото, серебро), гибкими– минералы, которые после изгиба остаются в изогнутом состоянии (самородная медь, самородные благородные металлы, хлорит), упругими минералы считаются в том случае, если после снятия нагрузки минерал возвращается в первоначальное состояние (мусковит, биотит).

СПАЙНОСТЬ МИНЕРАЛОВ

Под спайностью минералов понимают способность образовывать выколки (по трещинам), ограниченные ровными плоскостями (см. табл.1), при механическом воздействии (удар, давление, растяжение). Поверхности спайности расположены параллельно возможным граням кристалла. Возникшие таким образом геометрически правильные тела называют спайными выколками. Спайность связывают с атомным строением – расположением атомов в кристаллической решетке. Существуют минералы с совершенной (очень хорошей), превосходной, менее отчетливой (хорошей) и плохой спайностью [В отечественной литературе принято различать весьма совершенную, совершенную, среднюю и несовершенную спайность. – Прим. перев]. Все минералы, в названия которых входит слово «шпат», обнаруживают более или менее хорошую спайность, как, например, полевой шпат, исландский шпат, бурый шпат, тяжелый шпат и др. Слюды и слюдистые минералы обладают весьма совершенной спайностью, перпендикулярной главной оси (оси с); около 50 % рудных минералов имеют спайность по кубу, октаэдру или ромбододекаэдру (табл. 3).

БОЛЕЕ СЛОЖНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИНЕРАЛОВ

СВЕТОПРЕЛОМЛЕНИЕ

Преломление света в минералах изучают с помощью поляризационного микроскопа. Встречаются минералы с высоким показателем преломления (алмаз) и минералы, слабо преломляющие свет (кварц). Большинство минералов обладают способностью разлагать луч света на два луча, в результате чего возникает раздвоенное изображение, т. е. большинство минералов обладают свойством двупреломления. Особенно четко этот эффект проявляется у водяно–прозрачного исландского шпата. Поляризационный микроскоп, который позволяет определять двупреломление, был сконструирован специально для исследования минералов и горных пород.

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА

У некоторых минералов более или менее резко проявлены магнитные свойства. В случае когда такие минералы обладают полярным магнетизмом, их называют ферромагнитными. Важнейшими их представителями являются магнетит, титаномагнетит и пирротин. Во многих породах магнетит и титаномагнетит присутствуют в качестве распространенных акцессорных минералов [Большинство других железосодержащих минералов обладают более слабым магнетизмом – их называют парамагнитными (например, пироксены, ильменит и др.); многие минералы проявляют магнитные свойства лишь под воздействием электрического поля (например, пирит, халькопирит и др.). – Прим. перев,].

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Ряд минералов, главным образом легкорастворимые соли, можно различить на вкус, например каменная соль (соленая), карналлит (жгуче соленый), горькая соль (горькая). Другие минералы (и минеральные вещества) различаются по их специфическому запаху, например нефть, асфальт, сера. Некоторые минералы издают запах при раскалывании, например арсенопирит, который при ударе издает чесночный запах. Вонючий шпат из–за своего неприятного запаха полностью оправдывает свое название. Если подышать на глинистые породы, возникает характерный запах влажной земли. Существенна также степень шероховатости минералов, т. е. ощущение, возникающее при прикосновении к минералу. Выделяются главным образом жирные или гладкие и шершавые минералы.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ

Простые химические и физико–химические исследования, с помощью которых устанавливается качественный и количественный химический состав минералов, весьма многообразны. Уже такое свойство, как растворимость, позволяет разделить мир минералов на трудно-и легкорастворимые минералы. При определении минералов по внешним признакам часто применяются простые химические испытания кислотами. Минеральное вещество, превращенное в порошок, растворяется или разлагается в кислотах. Раствор может быть бесцветным, окрашенным или мутным. Очень часто в сосуде остается нерастворимый осадок. Под действием реагента нередко выпадает хлопьевидный осадок. При этом наблюдается характерное окрашивание, особенно типичное в тех случаях, когда мы имеем дело с металлическими соединениями. Таким простым способом можно обнаружить соединения железа, никеля, меди, кобальта и др. Известен ряд качественных и полуколичественных реакций, в том числе окрашивание пламени (бунзенов–ской горелки), поведение минерального вещества при прокаливании в горячей части пламени, в закрытой или открытой стеклянной трубочке. Так, если в минерале присутствует кристаллизационная вода, как, например, в гипсе, влага в виде капель собирается в холодной части сосуда. Некоторые минералы, особенно сульфиды, при обжиге выделяют вонючие пары двуокиси серы. Мышьяксодержащие минералы (лёллингит, арсенопирит) образуют в стеклянной трубочке металлическое зеркало. Аналогично ведут себя сульфиды, содержащие сурьму. Однозначно определяются также капельки ртути на стенках стеклянной трубочки, когда этим способом исследуются минералы, содержащие ртуть.

Рис. 12.

Дальнейшие диагностические возможности предоставляют реакции плавления с помощью паяльной трубки на древесном угле с добавкой буры, соды и др. Прежде всего таким путем определяют рудные минералы, которые при плавлении оставляют специфический металлический королек или образуют некоторые химические соединения. При испытании других рудных минералов на угле в качестве продукта реакции возникает белый или цветной (обычно пылеватый) налет.

Контроль реакции плавления производится обычно следующим образом. Если поместить паяльную трубку в пламя и вдувать воздух, то возникает острое длинное синее несветящееся окислительное пламя. Если паяльную трубку держат возле пламени, так что пламя при дутье отклоняется в сторону, то пламя остается светящимся желтым – это восстановительное пламя. Раскаленный свободный углерод восстанавливает пробу минерала, когда она охвачена светящейся частью пламени.

К числу методов реакций плавления относится также сплавление минеральных веществ в стекловатые перлы с применением буры или соды, благоприятствующих процессу плавления. Такой способ особенно эффективен в случае тугоплавких минералов. К этим методам относится применяемый на протяжении нескольких столетий анализ с помощью паяльной трубки. Здесь не упоминаются современные детальные химико–аналитические методы, применяемые в научных лабораториях, где производится полный химический анализ минералов и определение элементов–примесей.

ОБРАЗОВАНИЕ МИНЕРАЛОВ ПРИ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

Минеральные образования и состоящие из них массы горных пород, включая минеральные полезные ископаемые, являются продуктами развития Земли, т. е. таких геодинамических процессов, как магнетизм, вулканизм, горообразование, физическое и химическое разрушение пород под действием льда, воды и ветра. В ходе развития Земли многократно происходило преобразование всей ее верхней оболочки и как следствие переотложение многих минералов и минеральных масс на структурных этажах земной коры.

МАГМАТИЗМ

В земной коре образуются наиболее широко распространенные минералы. Они возникают в основном тремя путями: при магматических процессах, в качестве контактовых образований и в связи со складкообразованием (рис. 13). При кристаллизации магмы – огненно–жидкого, обычно насыщенного газами силикатного расплава – формируются в соответствии с ее химическим составом различные изверженные породы, в том числе граниты, диориты, габбро и промежуточные типы пород, которые в виде геологических тел (плутонов, штоков, лакколитов, жил) прорывают земную кору.

Рис. 13. Блок–диаграмма, иллюстрирующая круговорот веществ в земной коре (непрерывно и бесконечно протекающий в направлении слева направо) (по Г. Клоосу).

Процессы и области их развития:

I. Выветривание и денудация

II. Перенос (транспортировка) реками

III. Отложение и цементация продуктов выветривания (осадочные породы)

IV. Преобразование под воздействием горообразовательных процессов, складчатости и воздымания масс горных пород (динамометаморфизм или дислокационный метаморфизм)

V. Более интенсивное преобразование под влиянием повышенного давления и повышенной температуры (региональный метаморфизм)

VI. Повторное плавление горных пород (гранитизация)

A. Магматические породы

a. плутониты (глубинные породы)

б. вулканиты (излившиеся породы)

в. Осадки и осадочные породы (седиментационные породы)

1. Гравий и галька, конгломерат, щебень, брекчия

2. Песок, песчаник

3. Глина, сланцеватая глина, механические (или обломочные) отложения, обычно морского происхождения

4. Мергель (смесь известняка и глинист–ого сланца), смешанные хемогенные и механические осадки

5. Известняк и доломит

6. Соли, хемогенные (морские) отложения

C. Метаморфические породы (метаморфиты), образовавшиеся за счет осадочных пород

Рис. 14. Геологические этажи магматических месторождений (Strunz, 1966).

Процесс кристаллизации в недрах Земли начинается с раннего выделения минералов в еще жидком расплаве. При дальнейшем охлаждении протекает главный этап кристаллизации труднолетучих компонентов (SiO₂, TiO₂, A1₂O₃, FeO₂, Fe₂O₃, MgO, CaO, Na₂O, K₂O). Вслед за главной стадией кристаллизации наступает стадия позднемагматической кристаллизации под воздействием так называемых минерализаторов, или летучих компонентов, к которым относятся вода, соединения фтора, хлора, бора и др. Если расплав при своем подъеме теми или иными путями достигает поверхности Земли, то развиваются процессы вулканизма: магма, претерпев дегазацию, застывает в виде лавы. Минералы, образующиеся при вулканических процессах, менее многочисленны, чем минералы, возникающие при плутонических процессах и сопровождающих их явлениях позднемагматической кристаллизации. Наоборот, при субвулканических процессах как промежуточной стадии иногда появляются продукты разных стадий развития остаточной магматической кристаллизации (рис. 14).

Особенно богаты минеральными видами продукты поздней, или остаточной, стадии кристаллизации. При дальнейшем охлаждении возникают минеральные и рудные месторождения в закономерной последовательности. Группы минералов (или минеральные ассоциации), связанные с определенной стадией кристаллизации, называются минеральными парагенезисами (см. приложение 1Б). Они связаны общностью происхождения, и их образование зависит от физико–химических параметров (температуры и давления) магматических расплавов. Установлено, что в области температур, характеризующих гидротермальное минералообразование, рудные и минеральные формации представлены преимущественно рудами и жилами, содержащими медь, и такими ассоциациями, как свинец – серебро – цинк, олово – серебро – вольфрам – висмут, сурьма – ртуть – мышьяк – селен. Минеральные парагенезисы – важнейшая основа поисков минералов. Многие практические указания можно получить при изучении минеральных и рудных провинций с присущей им закономерной региональной зональностью. Примером могут служить металлогенические провинции саксонских Рудных гор (рис. 16) с их характерными минералами и рудными парагенезисами, возникшими на протяжении нескольких геологических периодов. В Гарце вокруг гранитных массивов Броккен и Рамберг необычайно четко проявлена зональность минеральных и рудных выделений (рис. 17).

Рис. 15. Плутонические месторождения.

Греч, «ано» – аномальный; «апо» – более удаленный; «акр|о» – вершина; «батос» – глубина; «генезис» – происхождение; «гипо» – совсем внизу; «като» – вниз; «крипто» – скрытый; «литое» – камень; «мезо» – поблизости, возле; «пери» – вокруг; «теле» – далеко; «эм» – в; «эндос» – внутри; «эпи» – после, на, над. Лат. Вулкан – бог огня; «интра» – внутри; Плутон – повелитель подземного царства; «пневма» – дыхание; «суб» – под.

Рис. 16. Металлогеническая карта Рудных гор (по К. Питцшу, с дополнениями Р. Юбельта).

Металлогенические провинции: 1 – оловянные и вольфрамовые месторождения; 2 – свинцово–цинково–серебряные месторождения; 3 – висмут–кобальт–никель–уран-серебряные месторождения; 4—силикатно–никелевые месторождения; 5 – серый гнейс; 6 – красный гнейс; 7 – гранит.

Рис. 17. Рудная зональность вокруг гранитного плутона Рамберг, южнее Тале, Нижний Гарц (по А. Циссарцу, Л. Бауманну, К-Д. Вернеру).

1 – антимонит; 2 – сидерит; 3 – галенит – сфалерит; 4 – пирит – халькопирит – флюорит; 5 – флюорит; 6 – вольфрамит – пирит – кварц; 7 – арсенопирит – пирит – кварц; 8 – форланд Гарца; 9 – порфир; 10 – гранит; 11 – контактовый ореол; 12– граувакки, глинистые сланцы,

Рис. 18. Поперечный разрез главной жилы

(Штрасберг – Нёйдорфская система жил) в районе шахты Глазебах (Oelsner, Kraft, Schutzel, 1958).

В пределах зон минерализации различными путями формируются специфические минеральные образования и скопления минералов; они обнаруживают зависимость от условий температуры и давления внутри геологических объемов, где локализуются процессы минералооб–разования. С внедрением магматических масс связаны геологические движения, особенно тектонического характера, приводящие к образованию разрывов во вмещающих породах и в самих магматических телах. Возникающие трещины в дальнейшем заполняются пегматитовыми расплавами, пегматит–пневматолитовыми до гидротермальных растворами, находящимися под высоким давлением.

Трещины в течение того или иного геологического отрезка времени или в ходе истории развития Земли, охватывающей сотни миллионов лет, могли неоднократно приоткрываться. При каждом повторном приоткры–вании трещин в них вновь проникали минералообразую–щие растворы, большей частью отличающиеся от предшествовавших (рис. 3, 19). Одной из задач минералогического изучения является упорядочение всего многообразия минералов по составу и времени образования. При этом особый интерес представляют разнообразие габитуса кристаллов, кристаллические сростки и особенности огранки (см. табл.3 и приложение 1А) минералов.

Результаты комплексного исследования минералов и установленные минералогические закономерности служат предпосылкой успешных поисков месторождений. Многочисленные минеральные парагенезисы группируются в серии, различающиеся по последовательности образования (см. приложения).

Некоторые минералы, например кварц и пирит, представляют собой так называемые сквозные минералы. Они начинают кристаллизоваться уже в пневматолито–вую фазу и еще ранее и сопровождают минеральные выделения вплоть до гидротермальной серии. Для других минеральных фаз устанавливается различная интенсивность выделения в пределах разных температурных интервалов.

Рис. 19. Гидротермальное выполнение трещины.

Парагенезис серебросодержащей сфалерит–арсенопирит–халькопирит–галенит-родохрозитовой дайки в гнейсах Бранд близ Фрейберга в Рудных горах (по В. Маухеру).

1 – биотитовые гнейсы; 2 – столбчатый кварц; 3 – сфалерит (серебросодержащая цинковая обманка); 4 – арсенопирит; 5 – родохрозит (марганцовый шпат); 6—галенит (свинцовый блеск); 7‑халькопирит (медный колчедан); 8 – кальцит (известковый шпат).