Состав метаморфических пород

Химический состав метаморфических горных пород разнообразен и зависит в первую очередь от состава исходных. Однако состав может отличаться от состава исходных пород, так как в процессе метаморфизма происходят изменения под влиянием привносимых водными растворами веществ и метасоматических процессов.

Минеральный состав метаморфических пород также разнообразен, они могут состоять из одного минерала, например кварца (кварцит) или кальцита (мрамор), или из многих сложных силикатов. Главные породообразующие минералы представлены кварцем, полевыми шпатами, слюдами, пироксенами и амфиболами. Наряду с ними присутствуют типично метаморфические минералы: гранаты, андалузит, дистен, силлиманит, кордиерит, скаполит и некоторые другие. Характерны, особенно для слабометаморфизованных пород тальк, хлориты, актинолит, эпидот, цоизит, карбонаты.

Физико — химические условия образования метаморфических пород, определённые методами геобаротермометрии весьма высокие. Они колеблются от 100—300 °C до 1000—1500 °C и от первых десятков баров до 20—30 кбаровх газовых и водных растворов, при этом они начинают изменяться.

 

Задание №1.

Глинистый сланец — плотная сланцеватая глинистая порода (серая или чёрная), состоящая в основном из каолинита или других глинистых минералов, гидрослюд, хлорита, а также кварца, полевых шпатов, карбонатов, органических углистых веществ и иногда сульфидов железа. Пористость 1-3%. Не размокает в воде. Образуется в результате уплотнения (диагенеза) глин и их частичной перекристаллизации при погружении на глубину. При дальнейшем изменении превращается в филлит или хлоритовый сланец. Характерен для геосинклинальных формаций.

 

Филлит — метаморфическая горная порода, плотный тонкочешуйчатый и тонколистоватый светло- или тёмно-серый кварц-серицитовый сланец с характерным шелковистым мерцающим блеском на поверхностях сланцеватости. Нередко содержит также хлорит, иногда биотит, альбит или доломит, хлоритоид, графит, магнетит и другие минералы. Плотность 2750-2770 кг/м3. Образуется при региональном метаморфизме пелитовых пород в условиях зеленосланцевой фации, представляя собой дальнейшую ступень метаморфизма глинистых сланцев и аргиллитов. При повышении степени метаморфизма преобразуется в слюдяной кристаллический сланец. Филлиты весьма широко распространены в верхнем структурном этаже основания древних (докембрийских) платформ и в краевых зонах многих складчатых горных областей.

 

Серицитовый сланец- природный камень. Сланцы имеют достаточную плотность, вязкость, твердость, малое водопоглащение, высокую водостойкость, стойкость против выветривания. Серицитовый сланец прочен на излом перпендикулярно сланцеватости. Декоративные свойства сланцев высоки: сланцы имеют редкие для других камней расцветки, а слюдистые сланцы имеют еще и серебряный блеск с разными оттенками и разной интенсивностью. Цвет: голубовато-зелёный, с серебристыми включениями. Форма: плиты неокантованные неправильной формы. Толщина: от 15-55 мм.

Хлоритовые сланцы — широко распространённые продукты начальных стадий регионального метаморфизма. Хлоритовые сланцы состоят главным образом из листочков зеленого хлорита; кроме того, в них присутствуют магнетит, часто в виде хорошо образованных небольших кристаллов, актино-лит, эпидот, изредка также альбит.

Тальковый сланец - одна из разновидностей группы кристаллических сланцев. Представляет агрегат листочков и чешуек талька сланцеватого строения, зеленоватого или белого цвета, мягок, обладает жирным блеском. Встречается изредка среди хлоритовых сланцев и филлитов в верхнеархейских (гуронских) образованиях, но иногда является результатом метаморфизации и более новых осадочных и изверженных (оливиновых) горных пород. Как примесь в тальковом сланце находят: магнезит, хромит, актинолит, апатит, глинкит, турмалин и др. Часто к тальку в большом количестве примешиваются листочки и чешуйки хлорита, обусловливающие переход талькового сланца в тальково-хлористовый.

Задание № 2

Кристаллические сланцы в широком понимании как продукты амфиболитовой и отчасти гранулитовой фаций регионального метаморфизма охватывают гнейсы и мигматиты, в узком — отличаются от последних количественными соотношениями породообразующих минералов. В качестве главных минералов кристаллические сланцы обычно содержат либо кварц и слюду (биотит, мусковит), либо пироксены, амфиболы и плагиоклаз или скаполит, либо только темноцветные минералы (например, роговую обманку). В составе кристаллических сланцев содержатся также специфические минералы метаморфических пород — гранат (альмандин), кордиерит, андалузит, кианит, силлиманит, ставролит, скаполит, иногда карбонаты и др. По минеральному составу различают кварцсодержащие слюдяные, гранат-биотитовые, андалузит-биотитовые, кордиерит-биотитовые; бескварцевые диопсид-скаполитовые, диопсид-плагиоклазовые, диопсид-карбонатные и другие кристаллические сланцы.

Кварцит — регионально-метаморфизованная горная порода, сложенная в основном зёрнами кварца, макроскопически неразличимыми между собой и сливающимися в сплошную плотную массу с занозистым или раковистым изломом. По содержащимся в составе кварцита другим минералам выделяются слюдистые, гранатовые, роговообманковые кварциты и др. К кварцитам относятся также и перекристаллизованные горные породы, образовавшиеся из кремнезёмистых гелей хемогенного происхождения; такие кварциты составляют основную часть формации железистых кварцитов. В отличие от кварцитов обломочного происхождения, которые даже при сильном метаморфизме сохраняют высокую пористость или легко подвергаются разрушению и выщелачиванию (особенно карбонатные кварциты), хемогенные разности характеризуются большим содержанием SiO2 (95-99%), высокой огнеупорностью (до 1710-1770°С) и механической прочностью.

 

Мрамор (др.-греч. μάρμαρος — «белый или блестящий камень») — метаморфическая горная порода, состоящая только из кальцита CaCO3. При перекристаллизации доломита CaMg(CO3)2 образуются доломитовые мраморы. Твёрдость — 2,5—5 по шкале Мооса, плотность — 2,3—2,6 г/см³. Мрамор состоит из доломита (карбоната кальция и магния) или кальцита (карбоната кальция), или из обоих минералов. В мраморе почти всегда содержатся примеси других минералов, а также органические соединения. Примеси различно влияют на качество мрамора, снижая или повышая его декоративность. Окраска мрамора также зависит от примесей. Большинство цветных мраморов имеет пёструю или полосчатую (циполин) окраску. Оксид железа окрашивает его в красный цвет, высокодисперсный сульфид железа — в сине-чёрный, железосодержащие силикаты (особенно хлорит и эпидот) — в зелёный, лимонит (гидроксиды железа) и карбонаты железа и марганца — в жёлтые и бурые тона. Серые, голубоватые и чёрные цвета могут быть обусловлены также примесями битумов или графита. Рисунок определяется не только строением мрамора, но и направлением, по которому производится распиливание камня. Цвет и рисунок мрамора проявляются после его полировки.

Амфиболит— темноокрашенная метаморфическая порода, состоящая главным образом из богатого глинозёмом амфибола (роговой обманки), плагиоклаза (андезина) и иногда граната. Амфиболит образуется при региональном и контактовом метаморфизме умеренной и высокой ступеней в условиях амфиболитовой фации глубинности. Текстура амфиболита массивная, листоватая или линейная. Структура — гранобластовая, нематобластовая или фибробластовая, причём существуют все постепенные переходы между амфиболитом с этими типами текстур и структур. Как правило, листоватость обусловлена ориентированным расположением роговой обманки и биотита. В разновидностях, содержащих небольшое количество слюды, листоватость может быть плохо различима.

Гнейс— метаморфическая порода, состоящая преимущественно из кварца, калиевого полевого шпата, плагиоклаза и темноцветных минералов (пироксенов, роговой обманки, слюд) и характеризующаяся параллельно-сланцеватой, часто тонкополосчатой текстурой и гранобластовыми, порфиробластовыми и пойкилобластовыми структурами. Второстепенные минералы гнейса: гранат, кордиерит, дистен, силлиманит и др. Акцессорные минералы; сфен, рутил, циркон, апатит, магнетит, карбонаты. По характеру исходных пород выделяют парагнейсы и ортогнейсы. Первые образуются в результате глубокого метаморфизма осадочных горных пород, а ортогнейсы — магматических (главным образом вулканических) горных пород. По минеральному составу выделяют плагиогнейсы (с резким преобладанием плагиоклаза над калиевым полевым шпатом), биотитовые, мусковитовые, двуслюдяные, амфиболовые (актинолитовые, роговообманковые), пироксеновые (авгитовые, гиперстеновые и др.) гнейсы. Особый вид — щелочной гнейс, который содержит из темноцветных минералов щелочные пироксены (эгиринавгит, эгирин) и амфиболы (арфведсонит, рибекит). Известны также скаполитсодержащие, анортитовые, корундсодержащие и графитоидные гнейсы.

 

Задание №3.

Кварц— один из самых распространённых минералов в земной коре, породообразующий минерал большинства магматических и метаморфических пород. Свободное содержание в земной коре 12 %[1]. Входит в состав других минералов в виде смесей и силикатов. В общей сложности массовая доля кварца в земной коре более 60 %[2]. В крови и плазме человека концентрация кремнезёма составляет 0,001 % по массе[1]. Химическая формула: SiO2. В магматических и метаморфических горных породах кварц образует неправильные изометричные зёрна, сросшиеся с зёрнами других минералов, его кристаллами часто инкрустированы пустоты и миндалины в эффузивах. В осадочных породах — конкреции, прожилки, секреции (жеоды), щётки мелких короткопризматических кристаллов на стенках пустот в известняках и др. Также обломки различной формы и размеров, галька, песок.

ПОЛЕВЫЕ ШПАТЫ (термин шведского происхождения, в русский и другие европейские языки попал из немецкого; шпатами называются все минералы с хорошей спайностью, легко раскалывающиеся на пластины; "полевой" — ввиду частого нахождения обломков на шведских пашнях, располагающихся на моренных отложениях, богатых разрушенным материалом гранитов * а. feldspars; н. Feldspate, Feldspat-Familie; ф. feldspaths; и. feldespatos) — семейство минералов, каркасные алюмосиликаты Ca, Na, К, Ba. Подразделяются на 3 группы: калиево-натриевые (щелочные), кальциево-натриевые (плагиоклазы) и очень редкие калиево-бариевые полевые шпаты. Щелочные полевые шпаты и плагиоклазы — наиболее распространённые породообразующие минералы верхней части земной коры; на их долю приходится около 50% её массы (60-65% объёма). Группы щелочных полевых шпатов и плагиоклазов представлены сериями высокотемпературных твёрдых растворов: ортоклаз (Or) — альбит (Ab) и альбит (Ab) — анортит (An). Взаимная смесимость обеих серий весьма ограниченная.

СЛЮДЫ - минералов подкласса слоистых силикатов с общей формулой: XY2-3Z(Al)0-2Z(Si)2-4О10(OH, F)2, где Х — К, Na, Ca; Y — Al, Mg, Fe, Mn, Cr, Li, Ti, Z — Si, Al, Fe3+, Ti. В группе слюд выделяются собственно слюды, хрупкие слюды и гидрослюды. К собственно слюдам относятся минералы переменного состава, у которых межслоевые катионы представлены К и Na. Среди них выделяется ряд минеральных видов, представляющих конечные члены изоморфных серий: аннит, флогопит, мусковит, полилитионит, тайниолит, парагонит и др.; а также минералы промежуточного состава: биотит, фенгит, лепидолит, циннвальдит, протолитионит. лотность от 2300 кг/м3 у гидрослюд до 2800-2900 у мусковита и лепидолита и до 3000-3300 у флогопита и биотита. Цвет слюд зависит от химического состава: мусковит и флогопит бесцветны, в тонких пластинках прозрачны; оттенки бурого, розового (сиреневого), зеленоватого тонов обусловлены примесями Fe2+, Fe3+, MN2+, Cr2+ (фуксит) и др. Железистые слюды бурые, коричневые, тёмно-зелёные и чёрные в зависимости от содержания и соотношения Fe2+ и Fe3+. Блеск стеклянный, на плоскостях спайности перламутровый. Для маложелезистых слюд характерны высокое удельная сопротивление, электроизоляционные свойства, жаростойкость, химическая стойкость, механическая гибкость и упругость.

Амфиб́олы (от др.-греч. ἀμφίβολος — двусмысленный, неясный — из-за сложного переменного состава) — группа породообразующих минералов подкласса ленточных силикатов. Общая формула: R7[Si4O11]2(OH)2, где R = Ca, Mg, Fe. Амфиболы имеют вытянутый, вплоть до игольчатого, реже короткостолбчатый облик кристаллов, совершенную призматическую спайность, псевдогексагональную форму поперечного сечения кристаллов. Для многих амфиболов характерны асбестовидные агрегаты. Могут образовывать также плотные массы (например, нефрит). Амфиболы — ленточные силикаты и алюмосиликаты.

ПИРОКСЕНЫ(от греч. pyr — огонь и xenos — чуждый: первоначально-ошибочно считалось, что вкрапленники пироксена в лавах — это чужеродные включения, захваченные лавой * а. pyrox232;nes; н. Pyroxen-Familie; ф. pyroxenes; и. piroxenas, piroxenos) — группа (семейство) породообразующих минералов подкласса цепочечных силикатов с общей формулой М'М [Si2О6], где М' — Mg, Fe2+, Na, Ca, Li; М-Mg, Fe2+, Fe3+, Al, Mn2+, Ni2+ , Ti3+ Ti4+, Cr3+, V3+. Пироксены подразделяются на ромбические пироксены (ортопироксены) и моноклинные пироксены (клинопироксены). шестоватые и радиально-лучистые агрегаты, сливные спутанно-волокнистые и зернистые массы, вкрапленные зёрна белой (у безжелезистых пироксенов) до бурой и чёрной окраски; большинство пироксенов имеет зелёный цвет различных оттенков. Весьма характерна совершенная спайность по призме под углом 90° (ортопироксены) или около 87° (клинопироксены). Твердость 5-6. Плотность 3100-3600 кг/м3. Хрупкие.

ТАЛЬК— минерал подкласса слоистых силикатов, Mg3[Si4О10] (ОН)2. В составе талька Mg изоморфно замещается на Fe (не более 5%), обычны примеси Ni, Mn, Al, Na, Ti. Тальк обычно образует мелкочешуйчатые, часто сланцеватые, массы, иногда крупнопластинчатые (до 0,5 м) выделения без правильных граней; также тонкокристаллические массивные агрегаты (стеатит), редко искривлённые кристаллы. Бесцветный, белый, зеленоватый (от механических примесей — красный, бурый, чёрный). Твердость 1. Плотность 2616-2824, у железистого талька до 3032 кг/м3. Липкий, жирный на ощупь.

ХЛОРИТЫ — семейство распространённых породообразующих минералов подкласса слоистых силикатов, главным образом основные силикаты и алюмосиликаты Mg и Fe с общей формулой (Mg, Fe)3[AI, Si)4О10 (OH)2]•3(Mg, Fe)(OH)2. Mg может частично или полностью замещаться Fe3+ и Fe2+, отчасти также Mn2+, Cr, Ni, Ti, V, Cu, Zn, Li. Хлориты характеризуются слюдоподобным обликом кристаллов (пластинчатых, таблитчатых, бочонковидных), совершенной спайностью в одном направлении (по базису), низкой твердости (1,5-2,5); листочки хлоритов, в отличие от слюд, гибки, но не упруги. Хлориты часто образуют сферолиты, розетки, чешуйчатые и землистые агрегаты, скрытокристаллические оолиты (с карбонатами или гидроксидами Fe), псевдоморфозы по различным породообразующим минералам (биотиту, роговой обманке, клинопироксенам, эпидоту, плагиоклазам и др.). Цвет хлоритов обычно зелёный или красный различных оттенков. Блеск стеклянный, на плоскостях спайности — до перламутрового; иногда тусклый. Плотность хлоритов 2600-3300 кг/м3.

КАРБОНАТЫ ПРИРОДНЫЕ — класс минералов, солей угольной кислоты Н2CO3. В природе известно свыше 120 карбонатов природных. Карбонаты природные встречаются в виде хорошо огранённых кристаллов значительных размеров; более характерны плотные, зернистые массы, слагающие мощные мономинеральные толщи; реже встречаются радиально-лучистые, игольчатые, натёчные, почковидные агрегаты.

Задание №4.

Практическое применение:

Глинистый сланец. Глинистый сланец находит применение в электротехнической промышленности как сырьё для изготовления низковольтных щитков, рубильников; в строительной промышленности как кровельный материал, в измельчённом и обожжённом виде используется в качестве наполнителя отдельных сортов бетона, в производстве стенных блоков и бронированного рубероида.

Филлит. Богатые серицитом "грифельные" филлиты используются в производстве сланцевой муки.

Серицитовые сланцы. Ландшафтный дизайн, мощение дорожно-тропиночной сети, подпорные стены, отделка интерьеров, для наружной и внутренней облицовки, оформление каминов, балконов, входных групп, изготовление бассейнов, водоемов, фонтанов и водопадов.

Хлоритовый сланец. Используются в виде порошка в бумажном производстве.

Тальковый сланец. Области применения многообразны (главным образом в молотом виде): керамика (в т.ч. радио- и электрокерамика), химическая, бумажная, резиновая, лакокрасочная (преимущественно как инертный наполнитель), кабельная, металлургическая, медицинская, парфюмерная и другие отрасли промышленности. Наиболее ценным является тальк с низким содержанием Fe.

Кристаллический сланец. Кристаллические сланцы применяются в качестве строительного материала, а также огнеупорного сырья.

Кварцит. Кварциты, в которых содержание SiO2 достигает 98-99%, используют для изготовления динасовых огнеупорных изделий, для получения металлического кремния и его сплавов, а также в качестве флюса в металлургии. Кварциты применяют как строительный, облицовочный и декоративный камень.

Мрамор. В строительной практике «мрамором» называют метаморфические породы средней твёрдости, принимающие полировку (мрамор, мраморизованный известняк, плотный доломит, карбонатные брекчии и карбонатные конгломераты). Мрамор используется как камень для памятников (монументальной скульптуры и надгробий), как штучный строительный камень для наружной облицовки и внутренней отделки зданий и в виде дроблёного и молотого камня, а также штучного (пильного) камня. Мраморные доски из чистого кальцитового мрамора применяют в электротехнике (панели приборных, распределительных, диспетчерских щитов). Мраморная крошка и дроблёный песок используются при изготовлении каменной мозаики и штукатурки, в качестве заполнителей бетона. Мраморная мука находит применение в сельском хозяйстве. Мрамор используется также для создания мозаичных композиций, рельефов и круглых изваяний (преимущественно однотонный мрамор, большей частью белый, реже — цветной или чёрный). Также мрамор применяется для облицовки каминов и фонтанов, изготовления столешниц, лестничных маршей, полов, вазонов и балясин.

Амфиболит. Местный строительный материал. Амфиболиты Приазовья применяются для производства каменного литья.

Гнейс. Гнейсовые породы применяются главным образом для получения щебня и бута, наиболее плотные разновидности гнейсо-гранитов могут быть использованы в качестве облицовочного камня.

Кварц. Кварц используется в оптических приборах, в генераторах ультразвука, в телефонной и радиоаппаратуре (как пьезоэлектрик), в электронных приборах («кварцем» в техническом сленге иногда называют кварцевый резонатор — компонент устройств для стабилизации частоты электронных генераторов). В больших количествах потребляется стекольной и керамической промышленностью (горный хрусталь и чистый кварцевый песок). Также применяется в производстве кремнезёмистых огнеупоров и кварцевого стекла. Многие разновидности используются в ювелирном деле.

Полевой шпат. Полевые шпаты широко используются в керамической промышленности, как наполнители, лёгкие абразивы (например, в производстве зубных паст), а также как сырье для извлечения рубидия и некоторых других содержащихся в них элементов-примесей. Некоторые разновидности полупрозрачных и прозрачных плагиоклазов, обладающие эффектом опалесценции или серебристо-синеватой и золотистой иризацией используются как поделочные камни в ювелирном деле.

Слюда. Мусковит и флогопит используют как высококачественный электроизоляционный материал, в электро-, радио- и авиатехнике. Ещё один промышленный минерал литиевых руд — лепидолит — используется в стекольной промышленности для изготовления специальных оптических стёкол. Используется для создания входных окон некоторых счетчиков Гейгера, так как очень тонкая пластинка слюды (0,01 — 0,001 мм) является достаточно тонкой, чтобы не задерживать ионизирующие излучения с низкой энергией, и при этом достаточно прочной[источник не указан 229 дней]. Мелкая слюда и скрап используются как электротехнический изоляционный материал (например, слюдобумага). Обожжённый вспученный вермикулит применяется как огнестойкий изоляционный материал, наполнитель бетона для получения тепло- и звукозащитных материалов и утеплителей, для теплоизоляции печей. Фасонные штампованные детали из слюды применяются для высокопрочной электрической изоляции источников тока, для электрической изоляции и крепления внутренней арматуры в электронных приборах, для крепления и изоляции внутренней арматуры сверхминиатюрных электронных ламп. Наиболее распространённой неисправностью микроволновой (СВЧ) печи является прогорание, повреждение защитной прокладки. В большинстве микроволновых печей прокладка, защищающая волновод, устанавливается в специальный «карман» и фиксируется винтом.

Амфибол. Амфиболовые асбесты (т.н. голубые асбесты и другие волокнистые разности щелочных амфиболитов и роговой обманки) имеют техническое применение. Плотный скрыто-кристаллический агрегат актинолита или тремолита со спутанно-волокнистой микроструктурой — нефрит — ювелирно-поделочный камень. Окварцованные волокнистые щелочные амфиболиты (крокидолит), в т.ч. выветрелые с гётитом, — ценные ювелирно-поделочные камни (кошачий, соколиный, тигровый глаз).

Пироксен. Подавляющее большинство пироксенов не представляет никакого практического интереса. Только сподумен является главным рудным минералом лития, а некоторые редкие разновидности пироксенов применяются в ювелирно-поделочном деле. Наиболее часто для изготовления ювелирных украшений применяется жадеит, и жадеитовые породы. Он был священным камнем у некоторых народов Южной Америки — майя и ольмеков. Также применяется хромдиопсид — ярко-зеленый диопсид с небольшой примесью хрома. Хромдиопсид типичен для мантийных лерцолитов и кимберлитовые трубки являются важным источником этого минерала. Другой тип месторождений хромдиопсида связан с пегматоидными обособлениями в дунитах. Серьёзным недостатком хромдиопсида является его относительно низкая твердость. Это значительно ограничивает применение в ювелирном деле этого редкого камня. Иногда гранятся диопсиды Слюдянки, которые имеют большую коллекционную ценность. Кроме того, высоко ценятся редкие звездчатые диопсиды из южной Индии.

Тальк. Является основным компонентом детских присыпок, в связи с чем оба названия часто употребляются как синонимы. Используется в быту для предотвращения трения соприкасающихся поверхностей (в резиновых перчатках, в обуви), в спорте (спортивная гимнастика - при упражнениях на спортивных снарядах - кольца, перекладина, конь и др.), а также для предотвращения слипания при длительном хранении пластмассовых изделий. Как наполнитель применяется в резиновой, бумажной, лакокрасочной, медицинской (основа таблеток), парфюмерно-косметической и других отраслях промышленности. Важная область применения — керамика (особенно радиоизоляционная).

В пищевой промышленности зарегистрирован в качестве пищевой добавки E553b.

Хлорит. Хлориты используются для отбеливания. Наибольшее значение получил хлорит натрия NaClO2.

Карбонат. Карбонаты кальция, магния, бария и др. применяют в строительном деле, в химической промышленности, оптике и др. В технике, промышленности и быту широко применяется сода (Na2CO3 и NaHCO3): при производстве стекла, мыла, бумаги, как моющее средство, при заправке огнетушителей, в кондитерском деле. Кислые карбонаты выполняют важную физиологическую роль, являясь буферными веществами, регулирующими постоянство реакции крови.

Лабораторная работа № 16