Геологический факультет МГУ:Полный курс минералогии

Минералогия. Геологический факультет МГУ

Курс читается в 3 и 4 семестрах для студентов специальности 011300 - геохимия.

Объем курса - 228 часов, лекции - 78 часов, лабораторные занятия - 150 часов.

Форма контроля: 8 контрольных работ, 2 реферата; экзамен в 3 и 4 семестрах.

Программа курса

Автор - член-корр. РАН, проф. Марфунин Арнольд Сергеевич, тел. 939-39-82.

Лектор - старший преподаватель Власов Евгений Алексеевич (к. 429)

Аннотация. Курс включает 3 раздела: общая часть; описание минералов; природные ассоциации минералов.

В разделе I рассматриваются цели и задачи современной минералогии, ее связь со смежными науками, основные этапы истории ее развития. Рассматриваются химический состав и структура минералов, морфология минералов и минеральных агрегатов, физические, в том числе диагностические свойства минералов, их происхождение и изменение, методы исследования минералов и принципы современной классификации минералов.

В разделе II, составляющем основную часть курса, по принятой классификации характеризуются классы, подклассы, группы минералов, минеральные виды и разновидности с описанием особенностей состава, внутренней структуры, морфологии, свойств, условий образования в природе и использования в народном хозяйстве.

В разделе III анализируются типичные минеральные ассоциации магматического процесса, карбонатитов, пегматитов, скарнов, альбититов и грейзенов, гидротермальные ассоциации, а также ассоциации гипергенного и метаморфического процессов.

Содержание курса.

Общая часть.

1. Современная минералогия как наука, ее содержание и задачи. Понятие о минерале. Основные этапы истории развития минералогии. Связь минералогии с другими науками. Основные направления в современной минералогии. Научное и практическое значение современной минералогии.

2. Морфология минералов и минеральных агрегатов. Облик и габитус кристаллов. Двойники и тройники кристаллов. Полисинтетическое двойникование. Скрытокристаллические агрегаты, конкреции, секреции и др. Твердые и газово-жидкие включения в минералах. Псевдоморфозы. Понятие об онтогении минералов.

3. Физические свойства минералов. Цвет, черта, блеск, прозрачность, твердость, спайность, удельный вес, магнитность, электропроводность, люминесценция, радиоактивность и др. Связь физических свойств с составом, структурой и условиями образования минералов (типоморфизм). Природа окраски минералов.

4. Химический состав минералов. Минералы как многокомпонентные системы переменного состава. Типы химической связи в минералах (ионная, ковалентная, металлическая, межмолекулярная). Атомные и ионные радиусы. Координационные числа и координационные многогранники. Изоморфизм. Типы изоморфных замещений. Структурное упорядочение. Твердые растворы и их распад. Полиморфизм. Политипия. Смешанослойные структуры. Метамиктные минералы. Аморфное, стеклообразное и коллоидное состояние вещества. Расчет химических формул минералов. Изображение многокомпонентных систем на плоскости.

5. Происхождение и изменение минералов в природе. Понятие о процессах минералообразования: магматическом, пегматитовом, пневматолитовом, гидротермальном, метаморфическом, метасоматическом, гипергенном. Распространенность минералов в земной коре и мантии. Подразделение минералов на породо- и рудообразующие, акцессорные, редкие и вторичные.

6. Современные методы исследования состава и структуры минералов: методы спектроскопии твердого тела, рентгеноспектрального и рентгеноструктурного анализов, электронной микроскопии высокого разрешения и др. Полевые методы диагностики минералов.

Описание минералов.

Принципы, лежащие в основах современных классификаций минералов. Кристаллохимическая систематика минералов. Минеральные виды и разновидности.

При описании отдельных минералов указывается химический состав (формула и важнейшие примеси), особенности кристаллической структуры, форма выделения, главные физические свойства и диагностические признаки, условия нахождения в природе.

Самородные элементы. Общая характеристика и условия образования в природе. Металлы: медь, серебро, золото, платина, поликсен, самородное железо, камасит, тэнит. Полуметаллы: мышьяк, сурьма, висмут. Неметаллы: алмаз, графит, лонсдейлит, сера.

Сульфиды и их аналоги. Общая характеристика и условия образования в природе. Основы систематики сульфидов и их аналогов. Простые сульфиды и их аналоги: аргентит, акантит, халькозин, галенит, сфалерит, киноварь, пентландит, троилит, пирротин, никелин, антимонит, висмутин, аурипигмент, молибденит, реальгар, шмальтин, хлоантит. Двойные сульфиды: халькопирит, станнин, борнит, ковеллин. Дисульфиды и их аналоги: пирит, кобальтин, марказит, арсенопирит. Сложные сульфиды и их аналоги: блеклые руды, пираргирит, прустит, буланжерит, джемсонит.

Оксиды и гидроксиды. Общая характеристика и условия образования в природе. Основы систематики оксидов и гидроксидов. Простые оксиды: куприт, периклаз, вюстит, корунд, гематит, рутил, брукит, анатаз, касситерит, пиролюзит, уранинит, минералы группы кремнезема (кварц, тридимит, кристобалит, коэсит, стишовит, опал). Сложные оксиды: хризоберилл, минералы группы шпинели (шпинель, герцинит, ганит, магнетит, магнезиоферрит, якобсит, франклинит, титаномагнетит), ильменит, перовскит, минералы группы танталониобатов (пирохлор, колумбит, танталит, самарскит, эшинит). Гидроксиды: брусит, гидраргиллит, диаспор, бемит, гетит, лепидокрокит, манганит, псиломелан; сложные минеральные смеси - лимониты, бокситы, вады.

Галогениды. Общая характеристика и условия образования в природе. Флюорит, криолит, галит, сильвин, кераргирит, карналит.

Карбонаты. Общая характеристика и условия образования в природе. Карбонаты без дополнительных анионов и кристаллизационной воды: кальцит, родохрозит, сидерит, магнезит, смитсонит, арагонит, стронцианит, витерит, церуссит, доломит, анкерит, кутнагорит. Карбонаты с дополнительными анионами: малахит, азурит, бастнезит, паризит, давсонит. Карбонаты с кристаллизационной водой: термонатрит, сода, трона.

Нитраты. Общая характеристика и условия образования в природе. Нитронатрит, нитрокалит.

Сульфаты. Общая характеристика и условия образования в природе. Сульфаты без дополнительных анионов и кристаллизационной воды: барит, целестин, англезит, ангидрит, тенардит. Сульфаты с дополнительными анионами: алунит, ярозит, брошантит. Сульфаты с кристаллизационной водой: гипс, мирабилит, купоросы (эпсомит, мелантерит, халькантит), калиевые квасцы.

Фосфаты, арсенаты и ванадаты. Общая характеристика и условия образования в природе. Безводные фосфаты без дополнительных анионов: ксенотим, монацит. Безводные фосфаты, арсенаты и ванадаты с дополнительными анионами: апатит, пироморфит, миметезит, ванадинит. Водные фосфаты, арсенаты и ванадаты: вивианит, эритрин, аннабергит, скородит, бирюза, минералы группы урановых слюдок (отенит, торбернит, карнотит, тюямунит).

Вольфраматы, молибдаты и хроматы Общая характеристика и условия образования в природе. Шеелит, повеллит, вульфенит, минералы группы вольфрамита (гюбнерит-ферберит), ферримолибдит, крокоит.

Бораты. Общая характеристика и условия образования в природе. Типы анионных группировок и классификация боратов. Общая характеристика и условия образования в природе. Островные бораты: котоит, ашарит, людвигит, иньоит, бура. Цепочечные бораты: колеманит, гидроборацит, улексит, пандермит. Каркасные бораты: борацит.

Силикаты. Современное преставление о структурных типах силикатов. Представление о алюмо-, боро-, берилло-, титано- и цирконосиликатах. Основы современной кристаллохимической классификации силикатов. Островные силикаты. Общая характеристика и условия образования в природе. Островные силикаты с изолированными кремнекислородными тетраэдрами без добавочных анионов: фенакит, виллемит, минералы группы оливина (изоморфные ряды форстерит-фаялит-тефроит), минералы группы гранатов (пироп, альмандин, спессартин, гроссуляр, андрадит, уваровит, Ti- и Zr- содержащие гранаты - меланит, шорломит, кимцеит; гидрогранаты), циркон, торит, коффинит. Островные силикаты с изолированными кремнекислородными тетраэдрами и добавочными анионами: дистен, андалузит, силлиманит, ставролит, топаз, сфен, хлоритоид. Островные силикаты со сдвоенными кремнекислородными тетраэдрами (диортосиликаты) и добавочными анионами: ильваит, каламин, лампрофиллит. Островные силикаты с изолированными и сдвоенными кремнекислородными тетраэдрами, содержащими добавочные анионы: цоизит, эпидот, ортит, пьемонтит, везувиан. Островные силикаты кольцевого типа: берилл, кордиерит, диоптаз, турмалин, эвдиалит.

Цепочечные силикаты. Общая характеристика и условия образования в природе. Особенности кристаллических структур пироксенов и пироксеноидов. Вариации химических составов пироксенов; пироксеновая трапеция. Ромбические пироксены: минералы ряда энстатит-ферросилит. Моноклинные пироксены: минералы ряда клиноэнстатит-клиноферросилит, пижонит, фассаит, минералы ряда диопсид-геденбергит, иохансенит, авгит, омфацит, эгирин, жадеит, сподумен. Пироксеноиды: волластонит, родонит.

Ленточные силикаты. Общая характеристика и условия образования в природе. Подходы к современной классификации амфиболов. Ромбические амфиболы: антофиллит, жедрит. Моноклинные амфиболы: минералы ряда тремолит-актинолит, роговые обманки; амфиболовые асбесты.

Слоистые силикаты и алюмосиликаты. Общая характеристика и условия образования в природе. Типы сеток в структуре слоистых силикатов; смешанослойные силикаты. Понятие о биопироболах. Силикаты с двухслойным пакетом: каолинит, диккит, накрит, галлуазит, минералы группы серпентина (антигорит, лизардит, хризотил). Силикаты с трехслойным пакетом: тальк, пирофиллит, слюды (мусковит, парагонит, флогопит, биотит, лепидомелан, лепидолит, циннвальдит), хрупкие слюды (маргарит), гидрослюды (гидромусковит, вермикулит, глауконит), монтмориллонит, нонтронит, сапонит. Силикаты с четырехслойным пакетом: минералы группы хлоритов (пеннин, клинохлор, прохлорит, тюрингит, шамозит, кеммерерит, кочубеит). Пренит, апофиллит.

Каркасные силикаты. Общая характеристика и условия образования в природе. Каркасные алюмосиликаты без добавочных анионов: полевые шпаты (калиевые полевые шпаты - ортоклаз, микроклин, адуляр, санидин; плагиоклазы - альбит, олигоклаз, андезин, лабрадор, битовнит, анортит; бариевые полевые шпаты - цельзиан, гиалофан), лейцит, поллуцит, нефелин. Каркасные алюмо- и бериллосиликаты с добавочными анионами: минералы группы скаполита (мейонит-мариалит), канкринит, содалит, лазурит, минералы группы гельвина (гельвин, даналит, гентгельвин). Водосодержащие каркасные алюмосиликаты без добавочных анионов (цеолиты): натролит, ломонтит, анальцим, шабазит, стильбит (=десмин), гейландит, клиноптилолит, морденит.

Природные ассоциации минералов.

Современные представления о генезисе минералов. Главные генетические типы минералообразующих процессов - эндогенные (в том числе метаморфические) и экзогенные. Их краткая характеристика и связь с различными зонами земной коры. Биосфера. Роль живого вещества в процессах минералообразования.

Магматические минеральные ассоциации. Понятие о магме, ее состав. Дифференциация магмы при ее остывании. Отделение летучих от магматического расплава. Ликвация и кристаллизационная дифференциация. Последовательность выделения главных силикатных минералов. Общие схемы отделения и концентрации рудных минералов при магматическом процессе. Типичные минеральные ассоциации, связанные с основным и ультраосновным типами магмы. Минеральные ассоциации в месторождениях алмаза, хромита, титаномагнетита, платиноидов, апатита. Минеральные ассоциации магматических сульфидных месторождений. Понятие о карбонатитах и различяные представления об их генезисе. Минеральный состав, геохимические особенности и полезные ископаемые карбонатитов.

Минеральные ассоциации пегматитов. Понятие пегматит и общая характеристика пегматитового процесса. Развитие учения о генезисе пегматитов в работах Ферсмана. Изменени фазового состояния пегматитового расплава при его кристаллизации; понятие о "геофазах" А.Е. Ферсмана. Роль летучих при образовании пегматитов. Температурная градуировка пегматитового процесса. Изменение состава последовательно кристаллизующихся минералов в пегматитовых образованиях. Роль метасоматических процессов. Минеральный состав гранитных пегматитов. Типы структур и текстур; генетическая характеристика главных зон. Общая схема классификации гранитных пегматитов "чистой линии" по А.Е. Ферсману. Характерные минеральные ассоциации, структурно-текстурные особенности и отдельные типы гранитных пегматитов "чистой линии". Пегматиты линии скрещения. Щелочные пегматиты - сиенитовые и нефелин-сиенитовые.

Гидротермальные минеральные ассоциации. Связь гидротермальных растворов с магматическими очагами. Способы переноса и отложения вещества в гидротермальных растворах. Роль коллоидов в отложении минералов гидротермальных ассоциаций; признаки, указывающие на отложение минералов из коллоидных систем. Зональность в размещении разных типов гидротермальных месторождений. Типичные минеральные ассоциаци в гидротермальных образованиях. Главнейшие минеральные ассоциациии в сульфидных рудных жилах. Типы минеральных ассоциаций и их связь с глубинностью образования. Главнейшие полезные ископаемые гидротермального генезиса. Минеральные ассоциации безрудных гидротермальных образований (цеолитный процесс).

Контактово-метасоматические процессы. Минеральные ассоциации скарнов. Общая характеристика контактово- метасоматических процессов минералообразования. Роль летучих, надкритических растворов и гидротермальных процессов. Различные типы минеральных образований при метасоматических процессах. Известковые и магнезиальные скарны. Стадийность контактово-метасоматического процесса (по П.П. Пилипенко). Зональность контактово-метасоматических минеральных ассоциаций и связь зональности с подвижностью компонентов (по Д.С. Коржинскому). Образование минералов и минеральных ассоциаций в скарнах и роговиках. Гидротермальные изменения скарновых минералов. Типичные для скарнов ассоциации рудных минералов.

Минеральные ассоциации альбититов и грейзенов. Понятия ⌠альбитит⌠ и ⌠грейзен⌠. Физико-химические условия образования. Геохимическая и минералогическая характерстика. Зональность грейзеновых и связь с гидротермальными ассоциациями. Главнейшие полезные ископаемые в альбититах и грейзенах.

Минеральные ассоциации гипергенных процессов. Общие условия и факторы, опредяляющие характер гипергенных процессов. Условия и закономерности образования минералов при выветривании сульфидных минеральных ассоциаций. Зональность зоны окисления и ее причины. Минеральный парагенезис окисления руд свинцово-цинковых и медных месторождений. Условия и закономерности образования минералов в коре выветривания пород. Стадийное гидрохимическое выветривание минералов. Минералы, образующиеся в коре выветривания и остаточные минералы. Профиль коры выветривания и характеристика минеральных ассоциаций в главных зонах на примере коры выветривания ультраосновных и глиноземистых пород. Латеритный тип выветривания (бокситизация). Механическая и гидрохимическая дифференциация вещества при минералообразовании в осадках. Россыпи и их главнейшие минеральные ассоциации. Условия и порядок выделения минералов. Минералы, образующиеся при биогенных процессах осадконакопления.

Минеральные ассоциации метаморфических образований. Краткая физико-химическая характеристика процессов образования минералов при региональном метаморфизме. Понятие о зонах глубинности. Метаморфогенные фации. Особенности структур и минеральных агрегатов при метаморфизме. Типичные минеральные ассоциации в различных по исходному составу метаморфических породах. Примеры минеральной ассоциации в метаморфических местрождениях: железистые кварциты, силлиманит-дистеновые породы, месторождения наждака, корунда, графита, окисно-силикатных марганцевых руд. Альпийские жилы, месторождения асбеста, талька и других, их генетическая характеристика.

Лабораторные занятия.

Общая часть курса.

1. Ознакомление с разнообразием морфологических характеристик минералов — цвет, блеск, габитусные формы кристаллов, виды и типы минеральных агрегатов, псевдоморфоз и т.д. (в том числе на материалах выставок Музея Землеведения МГУ).

2. Простейшие приемы определения главнейших физических свойств минералов, необходимых при их диагностике - цвет, блеск, твердость, спайность, относительный удельный вес, магнитность, растворимость в кислотах и т.д. Методы и приемы работы с определителями (на примере типичных минералов отдельных классов).

3. Ознакомление с современными методами и приборами для изучения состава, структуры и физических свойств минералов. Выполнение задач по расчету кристаллохимических формул минералов.

4. Контрольная работа по вопросам общей части курса.

Систематика и описание минералов.

Список минералов для полного курса минералогии

1. Систематическая работа по ознакомлению с минеральными видами и разновидностями всех классов минералов, их основными морфологическими особенностями, типом кристаллической структуры, химическими формулами, физическими свойствами, условиями образования. Выработка навыков диагностики минеральных видов с помощью определителей.

2. Составление рефератов (докладов, таблиц) на полное описание отдельных минералов или их групп с помощью основной учебной литературы.

3. Контрольные работы по каждому классу минералов.

Природные и генетические ассоциации минералов.

1. Систематическое ознакомление с типичными минеральными ассоциациями, характерными для отдельных главнейших типов генетических процессов: собственно магматогенного, пегматитового, карбонатитов, скарнов и грейзенов, гидротермальных образований, гипергенных и метаморфических. Знакомство с характерными текстурными и структурными особенностями минеральных ассоциаций различного генетического типа, типичными для них минералами и ассоциациями, типоморфными особенностями отдельных минералов, их генераций и минеральных ассоциаций в целом.

2. Домашние задания по составлению таблиц, характеризующих минеральные ассоциаци различных генетических типов минералообразующих процессов с их описанием и характеристикой.

3. Контрольные работы по данному разделу курса - 2.