МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА им. И.М.ГУБКИНА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НЕФТИ И ГАЗА им. И.М.ГУБКИНА
«УТВЕРЖДАЮ»
Проректор по учебной работе
__________________ В.Г.Мартынов
«_____» _______________ 2004 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины
МИНЕРАЛОГИЯ И ПЕТРОГРАФИЯ
Направление подготовки дипломированного специалиста
650100 - Прикладная геология
Специальность 08.05.00 - Геология нефти и газа
Направление подготовки бакалавров
553200 – Геология и разведка полезных ископаемых
Москва 2004 г.
2
1. Цели и задачи дисциплины
«Минералогия и петрография» является одной из первых дисциплин цикла
наук о Земле, посвященного изучению ее вещественного состава.
Целью изучения дисциплины является освоение студентами основных
особенностей состава, строения и физических свойств, условий образования,
изменения и разрушения, закономерностей распространения в земной коре, а
также практического применения природных химических соединений минералов и их агрегатов, слагающих крупные геологические тела, - горные
породы. Особое внимание уделяется исследованию минералов и горных пород.
В курсе «Минералогия и петрография» объединены три раздела
«Кристаллография», «Минералогия» и «Петрография магматических и
метаморфических горных пород».
Изучение кристаллографии позволяет познать фундаментальные законы
внутреннего строения и внешней формы, химического состава кристаллов и
условий их образования.
Изучение минералогии, позволяет приобрести знания о классах и группах
минералов,
их
физических
и
химических
свойствах,
процессах
минералообразования, закономерностях распространения в земной коре, а также
об их практическом применении.
Владение петрографией, позволяет изучать состав, структуру, текстуру,
характер залегания, генезис магматических и метаморфических горных пород, а
также связанных с ними полезных ископаемых.
Задачами курса является овладение общими методами изучения горных
пород и минералов.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
После прохождения курса студент обязан:
*
знать основные законы кристаллической структуры, внешней формы,
химического состава, физических свойств и условий образования кристаллов во
взаимосвязи;
*
уметь определять на моделях кристаллов элементы симметрии, сингонию,
простые формы, строить стереографические проекции с помощью сетки Вульфа;
*
знать основные группы минералов, их состав, физические свойства и
практическое применение, процессы минералообразования и соответствующие
им минеральные парагенезисы;
*
уметь определять главнейшие виды минералов, магматических и
метаморфических горных пород макроскопически по комплексу физических
свойств и текстурных особенностей;
*
знать основы классификации, номенклатуры и химизма магматических
горных пород, особенности минерального состава, структуры, текстуры и
характер залегания отдельных их видов;
3
*
уметь определять и делать описание минералов и горных пород с
помощью поляризационного микроскопа на базе знания основ кристаллооптики,
формы зерен и оптических параметров минералов, особенностей минерального
состава и структуры пород;
*
знать основные методы исследования магматических и метаморфических
горных пород;
*
знать процессы генерации, дифференциации и контаминации магм,
законы их кристаллизации,
*
иметь понятие о магматических сериях, формациях, провинциях и их
связи с определенными геотектоническими структурами, об эволюции
магматизма в истории Земли;
*
знать основы номенклатуры метаморфических горных пород, их
первичной природы, химизма, минерального состава, структуры, текстуры и
характера залегания; термобарические условия образования и фации
метаморфизма.
При изучении курса «Минералогия и петрография» студент должен
использовать сведения общенаучных дисциплин, прежде всего физики (физика
твердого тела, строение атомов и молекул, волновая оптика) и химии
(химические свойства элементов, типы химических связей, основы физической
химии). В свою очередь минералогия и петрография являются научной базой для
целого ряда геологических дисциплин - литологии, петрофизики, поиска и
разведки полезных ископаемых и др.
3. Объем дисциплины и виды учебной работы.
Вид учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции
Практические занятия
Семинары
Лабораторные работы
Самостоятельная работа
Курсовой проект
Расчетно-графические работы
Реферат
Вид итогового контроля
Всего часов
200
120
52
2*
*
*
68
80
*
*
*
*
Зачет
Семестры
3*
*
*
*
*
*
Экзамен
На самостоятельные занятия студентов (80 часов) выносятся описательные
разделы курса - макроскопическое описание и изучение минералов и горных
пород, а также в значительной мере овладение методикой работы с
поляризационным микроскопом.
4
4. Содержание дисциплины
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№п/п
1
2
3
Раздел дисциплины
Кристаллография
Минералогия
Петрография магматических и
метаморфических горных пород
Лекции
15
20
20
ПЗ
ЛР
15
20
20
4.2. Содержание разделов дисциплины
ВВЕДЕНИЕ
Содержание и задачи курса, его значение для комплекса геологических
дисциплин и в первую очередь литологии, петрофизики и полезных ископаемых.
Практическое значение минералогии и петрографии.
Краткий исторический обзор развития кристаллографии, минералогии и
петрографии, роль российских и зарубежных ученых
Значение работ М.В.Ломоносова, П.В.Севергина, Н.И.Кокшарова, Е.С.Федорова,
В.И.Вернадского, А.Е.Ферсмана,
Ю.В.Вульфа, Ф.Ю.Левинсон-Лессинга,
А.Н.Заварицкого, Е.А.Кузнецова и др.
Определение понятий «кристалл», «минерал», «горная порода».
1. КРИСТАЛЛОГРАФИЯ
1.1. Кристалл. Основные законы геометрической кристаллографии.
Понятие о кристаллическом веществе как одной из форм существования
материи. Распространенность кристаллов в природе. Аморфное вещество.
Кристаллическая решетка. Основные свойства кристаллов.
Законы плоскогранности и прямореберности, симметрии, постоянства
углов, рациональности отношений параметров, поясов. Связь внешней формы и
внутреннего строения кристаллов. Примеры естественных кристаллов.
1.2. Симметрия. Сингонии. Координатные оси и символы граней.
Связь внешней симметрии с симметрией пространственной решетки.
Элементы симметрии, их определение в кристаллах. Понятие о сингониях.
Ориентировка координатных осей в кристаллах различных сингоний.
Элементарные ячейки, единичные грани, единичные отрезки. Параметры и
индексы. Символы граней и их определение.
1.3. Простые формы и их комбинации. Классы симметрии.
5
Понятие о простых формах, открытых и закрытых, главных и
производных. Комбинации простых форм. Классы симметрии всех сингоний.
Примеры естественных кристаллов.
1.4. Измерение кристаллов. Стереографические проекции.
Гониометры и измерение кристаллов. Стереографические проекции и
необходимость их применения при изучении кристаллов. Сетка Вульфа. Правила
установки кристаллов. Построение стереографической проекции с помощью
сетки Вульфа.
1.5. Формы нахождения кристаллов в природе.
Монокристаллы и сростки. Сростки закономерные и незакономерные.
Параллельные сростки. Двойники. Двойниковые оси и плоскости. Примеры
двойников (гипс, кварц, полевые шпаты и др.).
1.6. Образование и рост кристаллов. Искусственные кристаллы.
Теории роста кристаллов. Рост плоскими слоями и спиральный рост на
дислокациях. Рост кристаллов из расплавов, растворов, газов. Скорость
кристаллизации. Зародыши и начальные стадии роста. Изменения кристаллов в
процессе роста. Зональность и секториальность кристаллов. Изменения формы в
зависимости от скорости роста граней. Влияние степени пересыщения среды.
Скелетные кристаллы. Влияние концентрационных потоков, гравитации,
примесей. Расщепление, мозаичный рост, дендриты. Влияние механических
препятствий, идиоморфный и ксеноморфный рост.
Методы (Вернейля, Чохральского, гидротермальный, зонной плавки и др.)
выращивания искусственных кристаллов корунда, алмаза, кварца, кремния и др.
Практическое значение монокристаллов для электронной, оптической,
радиотехнической и других отраслей промышленности.
1.7. Рентгеновские методы изучения внутренней структуры кристаллов.
Принципы рентгеноструктурного анализа. Формула Бреггов-Вульфа.
Методы Лауэ, вращающегося кристалла, порошка. Роль рентгеноструктурного
анализа для идентификации минералов, изучения тонкодисперсных горных
пород.
1.8. Кристаллохимия.
Связь химического состава и структуры кристаллов. Принцип
плотнейшей упаковки, Типы плотнейших упаковок и сингонии. Ионные и
атомные радиусы, координационные числа. Типы энергетических связей.
Металлические, ионные, ковалентные, молекулярные связи. Влияние внутренней
структуры и состава кристаллов на их физические свойства.
Изменения состава и внутренней структуры минералов. Изоморфизм и
ионные радиусы. Совершенный и несовершенный изоморфизм. Примеры
«твердых растворов» (полевые шпаты, оливин, пироксены).
6
Явление полиморфизмаа. Полиморфизм углерода, кремнезема, карбоната
кальция, силиката алюминия и др.
Значение изучения изоморфизма и полиморфизма для установления
термобарических условий образования минералов и горных пород.
Геотермометры и геобарометры.
1.9. Основы кристаллооптики.
Роль кристаллооптических исследований для изучения минералов и
горных пород.
Преломление света. Рефрактометры. Поляризация света. Двойное
лучепреломление в кристаллах. Оптические индикатрисы. Оптическая
ориентировка кристаллов. Оптические свойства кристаллов всех сингоний.
Методика кристаллооптического исследования. Определение показателя
преломления минералов (шагрень, рельеф, линия Бекке). Плеохроизм. Колебания
света
в
системе
поляризатор-шлиф-анализатор.
Определение
силы
двупреломления кристаллов, формула разности хода. Определение оптической
ориентировки кристаллов, правила компенсации. Определения осности и
оптического знака кристаллов методом коноскопии.
2. МИНЕРАЛОГИЯ
2.1. Общие сведения о минералах.
Понятие о минералах, их химических формулах, физических свойствах,
распространении в природе и практическом применении. Методы изучения
минералов.
2.2. Процессы минералообразования.
Понятие о геохимии. Распространенность элементов в природе. Основные
геосферы Средний химический состав земной коры. Понятие о кларках.
Состояние рассеяния и концентрации элементов. Геохимическая классификация
элементов. Понятие о миграции и ассоциациях элементов.
Основные факторы минералообразования. Полигенность и парагенезисы
минералов,
псевдоморфозы
и
параморфозы.
Главнейшие
зоны
минералообразования.
Эндогенные процессы. Собственно магматические процессы. Шлиры.
Пегматиты. Метасоматические процессы. Грейзены и скарны. Гидротермальные
и пневматолитовые процессы. Метаморфические процессы. Жилы альпийского
типа.
Экзогенные процессы. Химическое выветривание силикатных горных
пород и сульфидных месторождений. Процессы хемогенного и биогенного
осадкообразования. Аутигенные процессы.
2.3. Физические свойства минералов.
7
Зависимость физических свойств от состава и структуры минералов.
Анизотропия физических свойств кристаллов. Агрегатное состояние. Цвет.
Блеск. Плотность. Твердость, шкала Мооса, склерометры. Спайность.
Радиоактивность. Теплопроводность. Электрические и магнитные свойства.
Пьезоэлектричество. Пироэлектричество. Люминесценция.
Диагностическое, генетическое и практическое значение физических
свойств минералов.
2.4. Систематика минералов и описание основных групп минералов.
Классификация минералов. Классы, подклассы и группы.
При описании минералов указываются: химическая формула, примеси,
сингония и габитус кристаллов, агрегатное состояние, физические свойства,
основные разновидности, генезис и распространенность в природе, практическое
значение.
Систематическое описание минералов.
Силикаты и алюмосиликаты. Структура силикатов. Кремнекислородный и
алюмокислородный тетраэдры, типы их сочетаний. Силикаты с изолированными
тетраэдрами: группы циркона, оливина, гранатов (пироп, альмандин, спессартин,
андрадит, гроссуляр, уваровит), топаза, дистена, андалузита, силлиманита,
ставролита, сфена, эпидота.
Силикаты с изолированными группами тетраэдров: турмалин, берилл.
Цепочечные силикаты: группы пироксенов (энстатит, бронзит, гиперстен,
диопсид, геденбергит, авгит, эгирин) и пироксеноидов (волластонит, родонит).
Ленточные силикаты: группа амфиболов (тремолит, актинолит, роговая
обманка, глаукофан). Листовые (слоистые) силикаты и алюмосиликаты: тальк и
пирофиллит, группы слюд (флогопит, биотит, мусковит, лепидолит, фуксит) и
хрупких слюд (хлоритоид), хлоритов (пеннин), группы каолинита и серпентина,
гидрослюды (вермикулит, глауконит), монтмориллонит, нонтронит.
Каркасные алюмосиликаты: группы полевых шпатов (ортоклаз,
микроклин, плагиоклазы: альбит - анортит), фельдшпатоидов (нефелин, лейцит,
анальцим), цеолитов (натролит).
Минералы группы кварца. Кварц, халцедон, опал и их разновидности.
Окислы и гидроокислы: железа (магнетит, гематит, лимонит), алюминия
(корунд и его разновидности, диаспор, бокситы), титана (ильменит, рутил),
хрома (хромит), олова (касситерит), марганца (пиролюзит, псиломелан,
манганит).
Сульфиды: пирит, марказит, пирротин, арсенопирит, халькопирит, борнит,
тетраэдрит, халькозин, молибденит, галенит, сфалерит, антимонит, аурипигмент,
реальгар, киноварь.
Сульфаты: гипс, ангидрит, целестин, барит.
Фосфаты (апатит, фосфорит, вивианит, монацит) и вольфраматы
(вольфрамит, шеелит).
Карбонаты: кальцит, арагонит, доломит, магнезит, сидерит, церуссит,
смитсонит, малахит, азурит.
Галоиды: галит, сильвин, флюорит.
8
Самородные элементы: алмаз, графит, сера, медь, серебро, золото,
платина.
3. ПЕТРОГРАФИЯ МАГМАТИЧЕСКИХ И МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ГОРНЫХ
ПОРОД
3.1. Петрография как наука о горных породах.
Петрография и петрология. Типы горных пород - магматические,
метаморфические, осадочные. Общая характеристика горных пород: форма
геологического тела, текстура, структура, минеральный состав, химический
состав, физические свойства. Задачи и методы исследований. Классы
магматических горных пород - плутоногенные (абиссальные и гипабиссальные)
и вулканогенные, формы их геологических тел.
3.2. Текстуры и структуры магматических горных пород.
Зависимость структурно-текстурных особенностей пород от состава и
условий кристаллизации магм. Структуры и текстуры плутоногенных и
вулканогенных пород.
3.3. Минеральный и химический состав магматических горных пород.
Главные и типоморфные породообразующие минералы. Фемические и
салические минералы. Второстепенные минералы. Акцессорные минералы.
Вторичные - эпимагматические, метаморфические и гипергенные минералы.
Петрогенные и малые элементы.
3.4. Классификация и номенклатура магматических горных пород.
Химическая классификация магматических горных пород. Группы пород
по содержанию SiO2: ультраосновные, основные, средние, кислые. Ряды пород
по содержанию K2O и Na2O: нормальной щелочности, субщелочной, щелочной.
Семейства пород. Классификация по минеральному составу и виды горных
пород
3.5. Химизм магматических горных пород.
Цели изучения химизма пород. Петрохимическая характеристика,
классификация, разделение и выявление генетического родства горных пород.
Методы пересчета и графического изображения химических анализов. Роль
малых элементов. Геохимическая специализация пород и полезные ископаемые.
3.6. Характеристика главнейших групп магматических горных пород.
Особенности морфологии тел, текстуры, структуры, состава, условий
образования, основных разновидностей ультраосновных (дунит, перидотиты пикриты) основных (пироксениты, габброиды - базальты), средних (диориты,
кварцевые диориты - андезито-базальты, андезиты) кислых (гранитоиды дациты, риолиты) гупп пород нормального ряда щелочности. Характеристика
9
пород субщелочного (сиениты - трахиты), щелочного ряда (нефелиновые
сиениты - фонолиты).
Распространенность главнейших групп горных пород в природе. Полезные
ископаемые и практическое применение.
3.7. Физические свойства магматических горных пород.
Связь физических свойств пород и их минеральным и химическим
составом. Плотность. Магнитные свойства. Скорость прохождения упругих волн.
Емкостные свойства.
3.8. Консолидация магм.
Температурные границы консолидации магм различного состава. Правило
фаз. Основные законы кристаллизации магмы (эвтектика, изоморфные ряды,
реакционный принцип). Последовательность кристаллизации минералов при
остывании магмы. Ряд Боуэна,
3.9. Дифференциация магм.
Дифференциация магм как причина разнообразия пород. Магматические
серии (толеитовая, известково-щелочная, щелочная) и их геотектоническая
позиция.
3.10. Происхождение магм.
Условия возникновения расплавов. Роль флюидного режима. Степень
плавления субстрата. Мантийные и коровые магмы. Ассимиляция вмещающих
пород и контаминация магм. Андезитовые магмы. Теории образования гранитов.
3.11. Магматические формации и эволюция магматизма.
Понятие о магматических формациях и тектоно-магматических циклах.
Связь магматических формаций с определенными этапами развития
геотектонических элементов. Магматические провинции. Эволюция магматизма
в истории Земли.
3.12. Метаморфические горные породы.
Основы номенклатуры метаморфических горных пород, их первичной
природы, химизма, минерального состава, структуры, текстуры и характера
залегания. Термобарические условия образования и флюидный режим. Фации
метаморфизма. Распространенность метаморфических горных пород. Связь их
образования с геодинамическим режимом. Полезные ископаемые, связанные с
метаморфическими горными породами.
10
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Пути дальнейшего развития кристаллографии, минералогии и
петрографии как научной базы прогнозирования поисков, разведки и разработки
месторождений полезных ископаемых.
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
5. Лабораторный практикум
№
раздела Наименование лабораторных работ
дисциплины
1
Элементы симметрии в кристаллах
Стереографические проекции
Символы граней
Сингонии, простые и сложные формы кристаллов
Кубическая сингония
Средняя категория (гексагональная, тетрагональная,
тригональная сингонии)
Низшая категория (ромбическая, моноклинная, триклинная
сингонии)
Методика построения стереографической проекции
кристаллов с помощью сетки Вульфа и расчета символов
граней
Устройство и центрировка поляризационного микроскопа
Определение спайности, цвета и плеохроизма минералов
Определение показателя преломления
Определение силы двойного лучепреломления
Определение угла погасания и оптической ориентировки
Определение осности, оптического знака и угла 2V
Полная схема определения минерала в шлифах
2
Определение физических свойств минералов
Силикаты
Оксисоли
Оксиды
Сульфиды
Галоиды
Самородные элементы
3
Определение породообразующих минералов под
микроскопом, состав плагиоклазов
Полная схема описания магматической горной породы в
образцах и шлифах
Ультраосновные горные породы
Основные горные породы
Средние горные породы
Кислые и щелочные горные породы
Метаморфические горные породы
11
6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
6.1. Рекомендуемая литература:
а) основная литература
1. Бетехтин А.Г. Курс минералогии. М. 2007 г.
2. Батти Х., Принг А. Минералогия для студентов. М., Мир, 2001. 429 с.
3. Свешников К.И. Устойчивые сочетания магматических горных пород
(типизация,
отличительные
количественные
признаки,
вопросы
металлогенического прогноза на количественной основе). М.: РУДН, 2008. 248 с.
4. Кононова И.Б., Постников А.В., Аглямов Р.Х. Руководство к
лабораторным занятиям по геометрической кристаллографии. М.: РГУ нефти и
газа им. И.М. Губкина, 2007. 49 с.
5. Методические рекомендации к выполнению курсовой работы на тему
«Характеристика магматической горной породы». М.: РГУ нефти и газа им. И.М.
Губкина, 2008. 16 с.
б) дополнительная литература:
3. Егоров-Тисменко Ю.К., Литвинская Г.П., Загальская Ю.Г.
Кристаллография. М. Изд-во МГУ, 1992. 352 с.
4. Князев В.С., Жуков А.М., Чарыгин А.М. Вычисление кристаллов с
помощью сетки Вульфа с обработкой материалов на ЭВМ ЕС-1010. Изд-во
МИНГ, 1987. 78 с.
5. Князев В.С., Кононова И.Б. Основы кристаллооптики. Конспект лекций.
Изд-во МИНГ, 1989, 33 с.
6. Миловский А.В., Кононов О.В. Минералогия. М. Изд-во МГУ, 1982.
311 с.
7. Смольянинов Н.А. Практическое руководство по минералогии. М.
“Недра”, 1972 , 374 с.
8. Трусова И.Ф., Чернов В.И. Петрография магматических и
метаморфических горных пород. М., ”Недра”, 1982, 272 с.
9. Князев В.С., Кононова И.Б. Руководство к лабораторным занятиям по
общей петрографии. М., “Недра”, 1991, 96 с.
10. Попов Г.М., Шафрановский И.М. Кристаллография. М. “Высшая
школа”, 1972, 352 с.
11. Бетехтин А.Г. Курс минералогии. М. Госгеолтехиздат, 1961. 10 с.
12. Кузнецов Е.А. Краткий курс петрографии (магматических и
метаморфических пород). М., Изд-во МГУ, 1970, 323 с.
13. Князев В.С., Кононова И.Б., Чарыгин А.М. Определение оптических
констант минералов. Программированное учебное пособие. Изд-во МИНХ и ГП,
1981, 60 с.
14. Князев В.С., Кононова И.Б., Чарыгин А.М. Породообразующие
минералы магматических горных пород. Программированное учебное пособие.
Изд-во МИНХ и ГП, 1983, 56 с.
15. Журавлев Е.Г., Кононова И.Б. Определение горных пород в образцах.
Изд-во МИНХ и ГП, 1985, 75 с.
12
7. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Модели кристаллов различных сингоний
Коллекции минералов
Коллекции горных пород и шлифотека
Поляризационные микроскопы
13
8. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины
Домашние задания
1. Определение несколько моделей кристаллов к каждому лабораторному
занятию по разделу «Кристаллография»
2. Графическое построение проекций кристаллов и расчет символов их граней с
помощью сетки Вульфа.
3. Подготовка к лабораторным работам с микроскопом.
1.
2.
3.
4.
Аудиторные контрольные работы
Определение элементов симметрии, сингонии, простых форм, построение
стереографической проекции, определение символов граней кристаллов.
Определение характеристик породообразующих минералов под микроскопом..
Макроскопическое определение минералов.
Определение и описание горной породы.
Программа составлена в соответствии с Государственным стандартом
высшего профессионального образования по направлению подготовки 650100
«Прикладная геология», специальность 080500 «Геология нефти и газа»
Программу составил
Заведующий кафедрой литологии
Постников А.В., доцент
кафедра литологии
Постников А.В.
Программа одобрена методической комиссией факультета геологии и геофизики
нефти и газа.
Председатель методической комиссии
факультета, профессор
Журавлев Е.Г.
Начальник УМУ, профессор
Шейнбаум В.С.