Морфология тел полезных ископаемых

Минералы 

МИНЕРАЛ (от cp.-век. лат. minera — руда) — физически и химически индивидуализированное, как правило, твёрдое тело, относительно однородное по составу и свойствам, возникшее как продукт природных физико-химических процессов, протекающих на поверхности и в глубинах Земли, Луны и других планет, обычно представляющее собой составную часть горных пород, руд и метеоритов.

Большинство минералов  — кристаллические вещества (или  ранее находились в кристаллическом  состоянии, но утратили его в результате метамиктного распада). Однако по традиции в число минералов включаются и некоторые природные аморфные образования (опал, аллофаны), а также немногие жидкие минералы (и металлы) — самородная ртуть и некоторые амальгамы. Аморфные и высокодисперсные тела в отличие от кристаллических минералов называются минералоидами. За редким исключением минералы — неорганические соединения, однако многие минерологи склонны считать минералы и природные органические кристаллические вещества (соли органические кислоты — оксалаты, меллит, жюльенит и др.), а также некоторые твёрдые углеводороды и ископаемые смолы — сукцинит и другие компоненты янтаря. Воду не считают минералом, но все полиморфные модификации льда суть минералов; вулканические и импактные стёкла относятся к горным породам, а лешательерит (природный стеклообразный кремнезём) — к минералам.

Минеральный индивид  — мономинеральное тело ограниченной протяжённости (кристалл, зерно или  иное выделение), отделённое от соседних подобных тел непрерывными физическими  поверхностями раздела, замкнутыми в пространстве. Размеры минеральных индивидов варьируют в широком диапазоне — от 1-100 нм (коллоидные минералы) до 10 м (кристаллы сподумена в пегматитах); известны кристаллы кварца и полевого шпата массой в несколько тонн. Срастания минеральных индивидов одного состава образуют мономинеральный агрегат. Понятие минералов употребляется в различных значениях: оно может относиться к минеральному виду, разновидности, индивиду и мономинеральному агрегату. Самостоятельные названия получают как минеральные виды, так и разновидности; но открытием новых минералов считается только открытие нового минерального вида.

Называют минералы по месту первой находки, в честь  крупных минерологов, геологов и  учёных других специальностей, известных  коллекционеров минералов, путешественников, космонавтов, общественных и политических деятелей прошлого и настоящего, по каким-либо характерным физическим свойствам или по химическому составу. Последний химический принцип особенно рекомендован, и большинство минералов, открытых за последние десятилетия, в самом названии несут информацию о своём химическом составе.

Современными методами установлено, что строение реальных минералов значительно сложнее, чем это следует из определения  понятия минералов, постулирующего относительную однородность состава и структуры минералов. Выяснилось, что в очень многих случаях различные элементы-примеси входят в состав минералов в неизоморфной форме. Большинство минералов, особенно непрозрачных или слабопросвечивающих, обнаружило микро-гетерогенное строение; почти в любом их "минеральном индивиде" приходится различать матрицу, принадлежащую одному минеральному виду, и мельчайшие, микро- или субмикроскопические включения, относящиеся к другим минеральным видам. Происхождение включений различно: они появляются в результате захвата растущим индивидом минералов-"хозяина" инородных дисперсных минеральных частиц (например, титановые минералы в кварце или корунде; танталониобаты, апатит и породообразующие силикаты в магнетите); как эндотаксические вростки — продукты распада твёрдых растворов, что находит выражение в специфических структурах (например, ильменит или ульвит в магнетите); вследствие перехода минералов в метамиктное состояние (например, возникновение фаз простых оксидов в глубокометамиктных титано-тантало-ниобатах); при образовании неполных псевдоморфоз, т.е. при метасоматических процессах, включая гипергенные изменения минералов (реликты первичных минералов во вторичных и т.п.); путём раскристаллизации захваченных включений минералообразующих сред (расплавов, флюидов) или как сохранившиеся внутри кристаллов минералов реликты тех соединений, в форме которых происходил перенос вещества в ходе минералообразования (например, включения гидростаннатов в касситерите). В зависимости от способа образования минеральных включений они могут распределяться в матрице минералов закономерно (эпитаксия, синтаксия) или беспорядочно. Помимо твердофазных включений в минералах, в т.ч. и прозрачных (например, в кварце), обычно присутствуют газово-жидкие включения минералообразующих сред. В результате обычные химические анализы минералов фиксируют лишь валовой состав минеральных систем (минералы + различные виды микровключений).

Установлено широкое  развитие в природе, особенно среди  глинистых минералов и в околожильных ореолах низкотемпературных гидротермальных месторождений, т.н. смешаннослойных и смешанноленточных минералов (главным образом силикатов), крайние компоненты которых (например, хлорит и монтмориллонит, иллит, вермикулит), входящие в состав единых минеральных индивидов в качестве структурных элементов их кристаллических решёток, относятся к разным минеральным видам.

ПОРОДЫ  ИНТРУЗИВНЫЕ И  ЭФФУЗИВНЫЕ 

Магматические горные породы подразделяются на интрузивные  и эффузивные. Интрузивные образуются в недрах земной коры, а эффузивные при выходе магмы на поверхность. Горные породы, образующиеся в ходе извержения на небольшой глубине, также считаются интрузивными, несмотря на свое вулканическое происхождение. Соответственно, интрузивные породы хорошо раскристаллизованы, а эффузивные несут в своем составе нераскристаллизованное вулканическое стекло.

ЭФФУЗИВНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ 

Существует множество  образований эффузивного типа, среди  которых выделяются мощные базальтовые  плато, представляющие собой горизонтальные слои базальта большой толщины и плотности. Также следует упомянуть лавовые натеки, сформированные вышедшей на поверхность и потерявшей часть составляющих ее газов магмой. На фотографии вы видите эффузивную колонну базальта.

ИНТРУЗИВНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ 

Интрузивные образования обозначаются общим термином «плутоны». В зависимости от формы и геометрии последних, выделяют батолиты (крупные плутонические тела), дайки (трубчатые структуры, заполняющие трещины) и жилы (тонкие образования большой протяженности). Пример интрузивной структуры вы видите на фотографии, на которой запечатлена дайка долерита в пустыне Намиб. Темный цвет дайки выделяется на фоне окружающей горной породы.

Структура минералов 

В зависимости от химического состава минералов  и физико-химических параметров находится тип химической связи между отдельными элементами и, как следствие, закономерность их пространственного распределения в кристаллической структуре минералов. Значительное изменение состава вызывает морфотропное изменение структуры и переход к веществу с новой структурой, т.е. к другому минералу. Изменение физико-химических параметров может привести к полиморфному переходу типа а-кварц-Я-кварц (повышение температуры), андалузитсиллиманит (повышение температуры) кианит (повышение давления). Обычные отклонения реальной структуры минералов от идеальной — вакансии в отдельных узлах кристаллической решётки, связанные с появлением, например, примесей в междоузлиях, изменением валентности части катионов (анионов). Упорядочение ваканский может приводить к увеличению одного из параметров элементарной ячейки, к появлению сверхструктур, переходу, например, от слоистых структур (талька — пирофиллита) к ленточным (честерит — джимтомпсонит — амфиболы) и т.п. В кристаллохимическом отношении среди минералов преобладают кристаллические структуры с ионным и ковалентным типами химической связи, менее распространены — с металлическими и молекулярными решётками (сера самородная, еальгар, аурипигмент). В результате различных дефектов (вакансий, примесных, радиационных и других дефектов, вхождения посторонних ионов или молекул, например воды в каналы и другие полости решётки, изменения заряда катионов и анионов и т.д.) и дислокаций кристаллы минералов могут приобретать блочное строение. Реальные минералы образуют иногда т.н. упорядочивающиеся серии (например, полевые шпаты), когда распределение различных катионов по структурным позициям в той или иной степени отклоняется от правильного порядка, присущего идеальным кристаллам, и с понижением температуры проявляет тенденцию к упорядочению. Не менее широко распространены явления распада твёрдых растворов (смешанных кристаллов), находящие выражение в специфических структурах минералов.

Для минералов со слоистыми кристаллическими решётками (например, слюд, молибденита, сфалерита, глинистых минералов, хлоритов, графита и др.) характерно явление политипии, при котором смежные слои (или пакеты слоев) оказываются несколько повёрнутыми один относительно другого. В результате такого поворота возникают политипные модификации (или политипы), элементарные ячейки которых имеют одинаковые параметры по двум осям и различные — по третьей. Образование политипов объясняется условиями роста кристаллов (в частности, кинетическими факторами и механизмом спирального роста). Политипия может приводить к изменениям симметрии кристаллов минералов, вплоть до перемены их сингонии, но не сопровождается существенной перестройкой кристаллической структуры.

В случае изоморфных рядов при выделении минеральных  видов руководствуются следующими правилами: в двухкомпонентных (бинарных) твёрдых растворах различают два минеральных вида (с содержанием конечных членов от 0 до 50 и от 50 до 100 молекулярных %), в трёхкомпонентных — три. Ранее и в бинарных изоморфных смесях выделялось по три минеральных вида, названия которых закрепились в минералогической номенклатуре (например, ряд вольфрамита: ферберит — вольфрамит — гюбнерит). Наряду с этим в минералогии бытуют и некоторые другие принципы выделения минеральных видов. Так, если представители данного ряда имеют особое значение по распространённости и отдельные промежуточные члены ряда твёрдых растворов типичны для определённых парагенезисов, выделение минерального вида становится более дробным и часто базируется на номерной основе. Примером являются плагиоклазы, среди которых выделяют альбит (№ 0-10; № отвечает содержанию анортитового компонента в молекулярном %), олигоклаз (№ 10-30), андезин (№ 30-50), лабрадор (№ 50-70), битовнит (№ 70-90), анортит (№ 90-100).

Кристаллы реальных минералов часто обнаруживают зонарное или секториальное, блочное или доменное строение; изоморфные примеси могут распределяться в них статистически (беспорядочно), занимать строго определённые структурные позиции или группироваться в кластеры; обнаружено вхождение в минералы примесных компонентов в форме плоских встроек и т.д. Чрезвычайно характерны для кристаллов многих минералов (кварца, полевых шпатов и др.) весьма многообразные явления двойникования, часто полисинтетического. Двойникование подобно распаду смешанных кристаллов фиксируется на разных уровнях — от макроскопического до субмикроскопического и доменного.

Изучение реального  строения и состава кристаллов минералов  даёт важную информацию об условиях минералообразования.

3.  КЛАССИФИКАЦИЯ   МАГМАТИЧЕСКИХ ГОРНЫХ  ПОРОД 

     Все магматические горные породы различаются по условиям залегания и образования на глубинные (плутонические), жильные или дайковые и вулканические.  

     Глубинные  и жильные породы образуются  путем  внедрения (интрузии) магмы  внутри земной коры и называются еще интрузивными. Вулканические породы формируются в результате  излияний или извержений магмы на поверхность земли или дно океанов (эффузивные, или излившиеся, породы) и при затвердевании вблизи поверхности дегазированной магмы (субвулканические породы). Эффузивные породы нередко сопровождаются пирокластическими образованиями, состоящими из обломков эффузивов, их минералов и вулканического стекла, реже обломков посторонних пород.  

     Химическая  классификация основывается на  данных анализов, получаемых из лаборатории, которые не всегда имеются в распоряжении исследователя. Наиболее простым и  быстрым методом подразделения  горных пород является их классификация по минеральному составу. Минеральный состав пород во многом зависит от химического; для его определения в полнокристаллических породах обычно достаточно применения поляризационного микроскопа. Сложнее обстоит дело при определении полукристаллических или стекловатых пород. Минеральный состав здесь, как будет показано дальше, не может служить классификационным признаком.

3.1. Химическая классификация  

     Главным  оксидом магматических горных  пород, присутствующим в значительных  количествах  во всех породах,  является кремнезем, содержание  которого в породах — основной  признак их кислотности. Принято относить породы с содержанием SiO2 менее 45% к ультраосновным; породы, в которых количество кремнезема колеблется от 45 до 52%> — к основным; 52—60% — к средним, более 65%—к кислым. Другой классификационный признак — суммарное содержание в породах щелочей; щелочность нарастает по мере увеличения содержания кремнезема.  

     За  основу разделения магматических  пород  по химическому составу  примем диаграмму, построенную  в координатах SiO2—(KaO + Na2O) (рис. 3.1.). По соотношению SiO2 и К2О+Na2O породы делятся на три ряда:

породы нормальной щелочности

породы повышенной щелочности

щелочные породы с щелочными темноцветными минералами (без фельдшпатоидов или фельдшпатоидные).