Минералы и горные породы

Министерство образования и науки Российской Федерации 

Уральский федеральный университет  

имени первого Президента России Б. Н. Ельцина 

М. В. Венгерова, А. С. Венгеров

МИНЕРАЛЫ И ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Рекомендовано методическим советом 
Уральского федерального университета 

в качестве учебного пособия для студентов вуза,  

обучающихся по направлениям подготовки 

08.03.01 — Строительство», 08.05.01 — Строительство  

уникальных зданий и сооружений 

Екатеринбург 

Издательство Уральского университета 

2017 

УДК 549+552(075.8)
ББК 26.31я73
       В29 

Рецензенты:
д-р геол.-минерал. наук, доц. В. П. Огородников (ФГБОУ ВПО 
Уральский государственный горный университет);
канд. геол.-минерал. наук Ю. Н. Кошевой (ведущий геолог ОАО 
«Уральская геологосъемочная экспедиция») 

Научный редактор — д-р техн. наук, проф. Ф. Л. Капустин 

В29

Венгерова, М. В.
Минералы и горные породы : учеб. пособие / М. В. Венгерова, 
А. С. Венгеров. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2017. — 
132 с.
ISBN 978-5-7996-2027-1

В учебном пособии содержатся классификации минералов и горных пород и методики определения их по внешним диагностическим признакам.
Пособие предназначено для проведения лабораторных занятий по дисциплине «Геология» и «Инженерная геология» для студентов всех форм 
обучения по направлению подготовки бакалавров 08.03.01 — Строительство и специалистов 08.05.01 — Строительство уникальных зданий и сооружений.

Библиогр.: 16 назв. Табл. 3. Рис. 5.

УДК 549+552(075.8)
ББК 26.31я73

ISBN 978-5-7996-2027-1
©Уральский федеральный  
    университет, 2017

Введение

В 

пособии рассматриваются классификации минералов 
и горных пород и методики определения их по внешним 

диагностическим признакам.

Лабораторные работы по дисциплинам «Геология» и «Инже
нерная геология» направлены на изучение студентами основных 
породообразующих минералов и горных пород. Перед производителями строительных работ постоянно возникают вопросы, 
связанные с необходимостью идентификации пород в котлованах 
и с поставками природных строительных материалов. Строитель 
должен свободно определять наиболее часто встречающиеся горные породы, такие как глина, известняк, песок, гравий, гранит, 
мрамор и др.

На занятиях используются учебные коллекции основных поро
дообразующих минералов и горных пород кафедры «Материаловедение в строительстве». Экспонаты этих коллекций представляют собой типичные и редкие образцы минералов и горных пород. 
Коллекции ежегодно пополняются из фондов кафедры и в результате сбора минералов и горных пород студентами на учебной 
геологической практике в течение многих десятилетий и потому 
требуют бережного к ним отношения. Занятия с ними рассчитаны 
на использование коллекций двух видов — эталонных и рабочих. 
В эталонных коллекциях каждый образец сопровождается специальной этикеткой, содержащей сведения о названии и геологических условиях образования. В рабочих коллекциях образцы 
представлены без описания. По эталонным коллекциям студенты 

| Введение |

знакомятся с минералами и горными породами, методами их определения по внешним диагностическим признакам, а затем распознают их по рабочим коллекциям.

Занятия позволяют получить первые навыки диагностики 

породообразующих минералов и возможность распознавать их 
в составе горных пород. Студенты знакомятся с методикой описания горных пород, текстурных и структурных признаков, которые позволяют определить условия их формирования, влияющие 
на прочность, устойчивость к выветриванию и другие свойства, 
и имеют решающее значение для практического использования 
в качестве оснований сооружений и строительных материалов.

Глава № 1. Физические свойства  
минералов. Макроскопический метод
определения минералов  
по внешним признакам

1.1. Общие сведения о минералах

М

инералогия — наука, занимающаяся изучением физико-химических свойств минералов, процессов их об
разования и размещения в земной коре. Минерал (лат. minera — 
руда) — природное химическое соединение, образующееся 
в результате естественных физико-химических и геологических 
процессов в земной коре или на ее поверхности. В земной коре, 
среди нескольких тысяч, наиболее часто и в больших количествах 
встречается только около ста минералов. Минералы, составляющие более 5–10 % объема горной породы, называют главными породообразующими, а второстепенные, или акцессорные, минералы 
составляют менее 5 % объема породы.

Минералы состоят из атомов, связанных между собой раз
личными типами химических связей: ковалентной, ионной, металлической, вандерваальсовой (ВВ) и водородной. Физические 
свойства минерала определяются химическим составом минерала 
и типом химических связей между атомами.

| Глава № 1. Физические свойства минералов. Макроскопический метод  |

Графит и алмаз имеют одинаковый химический состав — углерод (С), но разную структуру и называются полиморфными разновидностями углерода. Полиморфизм — преобразование структуры химического соединения без изменения его химического 
состава под влиянием внешних условий (T, Р, Еh, рН). Облик кристаллов и внутреннее строение этих минералов сильно отличаются. Алмаз кристаллизуется на очень больших глубинах в условиях 
высокого давления, поэтому расположение атомов в его структуре 
наиболее компактное. Графит формируется на меньших глубинах, 
где давление значительно ниже, соответственно имеет менее плотную структуру (рис. 1).

а
б

Рис. 1. Кристаллические решетки:

а — графита; б — алмаза 

Противоположность физических свойств этих минералов объясняется различием типов химических связей между атомами углерода. Атомы углерода в структуре алмаза образуют прочные ковалентные связи, направленные под углом 109°28’ относительно друг 
друга, благодаря чему алмаз — самое твердое в природе вещество.
В структуре графита атомы углерода образуют плоскостные 
структуры с прочными ковалентными связями, но слои между 

| 1.1. Общие сведения о минералах |

7

собой связаны вандерваальсовыми связями (слабые химические 
связи между электрически нейтральными частицами), поэтому 
графит является мягким минералом. Вандерваальсова связь — 
одна из самых слабых химических связей, присутствует в минералах в качестве добавочной и определяет зоны хорошей спайности 
и низкой твердости.

Минерал галит состоит из атомов Na и Cl. Силы притяжения 

между положительно и отрицательно заряженными частицами 
(ионами) формируют связи между атомами. Связанные между собой ионы Na+ и Cl- образуют кубическую структуру, которая представляет собой чередование положительно и отрицательно заряженных ионов. Такой тип химической связи называется ионным. 
Кристаллы с ионным типом связи растворяются в воде, для них 
характерны диэлектрические свойства, хрупкость, низкая тепло- 
и электропроводность, средние плотность и твердость, высокие 
точки плавления и кипения.

Металлическая связь характерна для атомов металлов. Сво
бодные электроны внешней оболочки становятся общими для 
всех ионов в структуре металла. Все минералы с металлическим 
типом химических связей имеют металлический блеск и являются хорошими проводниками (пирит FeS2, золото Au, серебро Ag 
и др.).

Водородные связи — слабые химические связи, возникающие 

между положительно заряженными ионами водорода и анионами 
кислорода, фтора, хлора, а также азота (вода, каолинит).

Изоморфизм (лат. isos — равный, однозначный и morphe — 

форма) — изменение химического состава минерала при сохранении его кристаллической структуры. При условии близости химических свойств (размера радиуса атомов и их зарядов, например, 
Fe 2+ и Mg 2+, Na+ и К+) может происходить замещение одних атомов 
или целой группировки атомов на другие в структуре минерала. 
Минералы с переменным составом могут объединяться в один минеральный вид.

| Глава № 1. Физические свойства минералов. Макроскопический метод  |

1.2. Происхождение минералов

По способу образования (генезису) минералы могут быть объ
единены в две группы: эндогенные и экзогенные.

Эндогенные минералы образуются за счет внутренней 

энергии Земли в результате перемещения вещества из недр в виде 
магмы, жидких горячих растворов или газов.

При магматическом генезисе минералы образуются в ре
зультате кристаллизации огненно-жидкого силикатного расплава — магмы. По мере остывания и гравитационного разделения 
магмы, из нее последовательно кристаллизуются основные тугоплавкие, а затем все более кислые легкоплавкие минералы (реакционный ряд Боуэна). Первыми кристаллизуются тяжелые темные 
минералы: оливин, авгит, лабрадор, — затем более легкие — роговая обманка, слюды, ортоклазы, последним — низкотемпературный кварц.

Пегматитовый генезис (разновидность магмати
ческого) проявляется на заключительных стадиях остывания 
магмы, когда в расплавленном виде остаются лишь самые легкие 
фракции, обогащенные кислотами и щелочами и летучими компонентами (крупные и гигантские кристаллы кварца, ортоклаза, 
слюд, драгоценные камни, рудные и радиоактивные минералы).

Гидротермальный генезис проявляется в результате кри
сталлизации горячих минерализованных растворов — гидротерм, в итоге образуются самородные минералы, хлоридные, 
сульфатные соединения.

Пневматолитовый генезис проявляется при отложении 

кристаллического вещества из паров и газов магмы за минованием жидкой фазы — возгон (руды висмута, вольфрама, молибдена, 
мышьяка и др.).

При метаморфическом генезисе минералы образуют
ся в результате преобразования ранее сформированных мине

| 1.3. Формы нахождения минералов |

9

ралов под воздействием высоких температур, давления, а также 
гидротермальных растворов и флюидов (хлорит, тальк, графит  
и др.).

Разновидности метаморфического генезиса: метасоматиче
ский — образование новых минералов путем замещения одних 
химических элементов другими в ранее сформированных минералах за счет миграции гидротермальных растворов и флюидов внедрившейся магмы (хризотил-асбест, серпентин); контактово-метаморфический — образование новых минералов на контактах 
внедрившейся магмы и вмещающих пород; импактный — преобразование минералов под воздействием ударов метеоритов, бомбардирующих Землю.

Экзогенные минералы образуются за счет внешней (сол
нечной) энергии в результате процессов выветривания (разрушения и переотложения ранее сформированных минералов при воздействии атмосферы, гидросферы, биосферы);

При гипергенном генезисе минералы, неустойчивые 

к внешним воздействиям на земной поверхности в воздушной 
и водной среде или на небольших глубинах в земной коре, разрушаются и переходят в устойчивые соединения (каолин, монтмориллонит, галит, сильвин, малахит, лимонит, боксит и др.).

Некоторые минералы могут образовываться в результате раз
личных процессов, поэтому их генезис не всегда однозначен.

1.3. Формы нахождения минералов

В природных условиях минералы встречаются преимуществен
но в твердом состоянии (кристаллические образования). Незначительное количество минералов имеет неупорядоченное строение, 
при котором атомы и ионы, их составляющие, располагаются беспорядочно; такие минералы называются аморфными.