ТАУ ЖЫНЫСТАРЫ МЕН МИНЕРАЛДАР

 

1. Жер қыртысының минералдары

 

Жер қыртысының жоғарғы қабаты әртүрлі тау жыныстарынан құралған болып, ол өз ретінде минералдардан тұрады.

Минералдар бұл табиғи зат, олар химиялық құрамы, және физикалық қасиеттері бойынша бір түрлі болып жер қыртысындағы физикалық-химиялық процестердің нәтижесінде пайда болған. Қазіргі күнде 3000-астам минералдар белгілі. Осылардың ішінде құрылысқа керекті тау жыныстарын құрайтын минералдар небәрі 250-300. Осы тау жыныстарын құрайтын минералдардың ішінде басты (көкейтасты) және екінші дәрежелі минералдар болады. Әрбір тау жыныстарын құрайтын топтың өзіне тиісті минералы бар.

Минералдардың көшілігі кристалдық заттардан тұрады. Олар түзу көпбұрышты болып келеді.

Минералдар химиялық құрамы бойынша классификацияланады. (жіктелінеді). Осылардың ішінде көп таралғаны С.Д.Четвериковтың классификациясы. Бұл классификация бойынша минералдар 10топқа бөлінеді. Олар төмендегілер:

1. Силикаттар              6.Сульфаттар

2.Карбонаттар              7.Галоидтар

3.Тотықтар                   8.Фосфаттар

4.Су тотықтар              9.Вольфраматтар  

5. Сульфидтер             10.Өзінше пайда болған элементтер

Осы минералдардың ішінде ең көбі – силикаттар. Олар барлық минералдардың 2/3 бөлігін құрайды, яғни жер қыртысының 85% құрайды.

Минералдарды бір – бірінен ажырату олардың физикалық қасиеттері бойынша анықталады. Негізгі физикалық қасиеттер бұлар: түсі, қаттылығы, біріктірілгендік(жапсырылып біріктірілген, жалтырақтық сынуы және басқалар). 

Түс(рең). Минералдардың түсі олардың химиялық құрамына байланысты болады, бірақ, кейбір кезде олардың түсі минералдардың ішіндегі қоспағабайланысты өзгеріп тұрады.

Минералдар түсі бойынша төмендегі 2 негізгі топқа бөлінеді:

1.Ақшыл минералдар, бұларға түссіз (реңсіз), ақшыл түстілер, ақ, боз, сары, қызғылт түсті минералдар. Мысалы – кварц, гипс, кальциттер.

2.Күңгірт минералдар, бұларға аз мөлдірлі – қара, қара - жасыл, қара – бозғылт, сары – құба минералдар. Мысалы: роговая обманка(мүйізді алдаушы).

Қаттылық. Қаттылық бұл бір минералдың екінші минералды сызу қабілеті арқылы анықталады.Минералдардың қаттылығы алдын-ала белгілі минералдық қаттылығымен салыстыру арқылы анықталады. Қаттылықты анықтағанда Маос шкаласынан пайдаланылады (кесте 2.1).

 

Кесте 1 - Маос шкаласы

Қаттылық балы.	Минерал-дардың аты.	Дала кестесі (шкаласы)
1   2 3   4 5   6   7 8   9 10	Тальк   Гипс Кальций   Флюорит Апатит   Дала шпаты   Кварц Топаз   Корунд Алмаз	Жұмсақ қалам сызат қалдырады, тырнақпен сызылады. Тырнақпен сызылады. (Латунь) Жезден жасалған монета сызат қалдырады. Пышақпен сызылады. Қалам шығаратын пышақ минералға сызат қалдырады. Әйнек сызат қалдырмайды. Пышақ әлсіз сызат қалдырады. Әйнек сызат қалдырады. Пышақпен сызылмайды. Әйнекті кесуі мүмкін. Кварц сызат қалдырмайды. Кварц сызат қалдырады. –

 

Минералдардың қаттылығы олардың беріктік дәрежесін, мүжілуіне қабілеттілігін көрсетеді.

Біріктірілген беріктік. Бұл кристалдық минералдардың соққының салдарынан белгілі бағыт бойынша тек жатықтықтарға бөлінуі. Олар төмендегілерге бөлінеді:

1. Тым мүлтіксіз – мұнда минералдар жұқа күйтабақтарға оңай ажыралады. Мысалы: смода.
2. Мүлтіксіз – мұнда минералдар ажыралғанда олар сынады. Мысалы: ас тұзы, ортоклаз, әк шпаты.
3. Мүлтікті – мұнда бөлінген минералдарда кейбір жерлерінде тегіс жатықтықтарды көруге болады. Мысалы: апатит.
4. Біріктірілгендік беріктік жоқ. Мұнда соққының нәтижесінен минералдар майдаланып кетеді. Мысалы: кварц.

Жалтырақ. Жалтырақтық бұл минералдардың жарықтық түскен салдарынан оның бетіндегі шағылысуы. Жалтырақ төмендегі түрлерге бөлінеді: шыны тәрізді (кварц, дала шпаты), майлы (тальк), металл түсті (пирит), шайы тәрізді (гипс, селенит),  інжу тәрізді (слюда, тальктің түрлері), ақшыл түсті (каолинит) және басқалар.

Сыну. Мұнда әртүрлі минералда өздерінің бөлінуі ажыралуы бойынша әртүрлі сынады. Сынуы бойынша минералдар төмендегілерге бөлінеді: біріктірілуі (беріктілігі) бойынша (кальций) ретсіз тәртіпсіз сыну; (кварцит), жер топырақты сыну және басқалар.

 

2 Негізгі тау жыныстарын құраушы минералдар

 

Жер қыртысының негізгі тау жыныстарын құраушы минералдар: бұл дала шпаты (ортоклазбен плагиоклаздар),мүйіздек алдаушылар (роговая обманка), авгит, оливин, каолинит, кальций, доломит, қоңыр темір, пирит, сұр колгеган, гипс және кейбір басқа да минералдар.

Дала шпаты. Дала шпатының тобына химиялық құрамы тектес және физикалық қасиеттері жақын кристалдық минералдардың көбі кіреді. Дала шпаты үлкен қатты (Маос шкаласы бойынша) 6 және өте жақсы біріккен шыны тәрізді жалтырақ.

Ортоклаздар, калий тұзымен бірге алюмин-кремний қышқылынан тұрады. (К₂О Al₂O₃ 6SiO₂). Олар қызғыш, от сияқты қызыл, сары немесе сұр-қызғыш түсті және ақ немесе сұр түсті болады. Оның меншікті салмағы 2,5 – 2,6. Бұл бір – бірінен тура бұрыш бойынша екі бағытта біріктілік жатықтылықпен бөлінеді.

Ортоклаз гранит, сиониет және басқа да жыныстардың құрамында үлкен мөлшерде жиі ұшырайды.

Плагиоклаз. Бұл натрий, калий тұзымен бірге алюминий, кремний қышқылынан тұрады. Мұнда натрий мен калийдің қатынастары әртүрлі CaO(Na₂O Al₂O₃ 6÷2SiO₂). Олар көлбеу бұрышпен бөлінеді, түсі көбінше қара-сұр немесе сұр: меншікті салмағы 2,6-2,65.

Плагиоклаздың түрлері әдемі көкшіл-күлгір түске ие.

Мүйіздік алдаушы (роговая обманка) және авгит. Бұл екі минерал күрделі силикатқа жатады(кремний қышқылының тұзы). Олардың құрамында темір, кальций және магний бар, Маос шкаласы бойынша 5-6 арасында. Меншікті салмағы 2,9-3,5. Түсі қара- жасылдан қараға дейін мүйізді алдаушы граниттер, сиониттер, диориттер және басқа да тау жыныстарының бір бөлегі болып саналады.

Слюда. Бұның екі түрі бар: бірі биотит – қара слюда, екіншісі мусковит – ақ слюда. Биотит пен мусковит құрамында темір, магний және калий бар күрделі алюминий силикат қышқылына жатады. Слюда характерлі айрықшылығы, олардың мүлтіксіз жатықтық бірліктілігі, қаттылығы. Маос шкаласы бойынша 2-3 түсі шыны немесе інжу тәрізді, меншікті салмағы 2,7-3,1.

Оливин (перидот). Бұл темірлі магний тұзы мен ортокремний қышқылынан тұрады(MgFeSiO₂). Бұл оликово – жасыл кристалдық минерал болып, қаттылығы 6-7 аралығында, меншікті салмағы 3,2-3,6. Оливин диабаз және базальт сияқты тау жыныстарының құрамына кіреді. Кейбір жыныстар толық оливиннен құралған. Мсалы: дунит, перидотит.

Хлорит – күрделі су силикатынан құралған. Бұл екінші дәрежелі минерал болып жоғарғы температура және үлкен қысымның әсеріне слюда, мүйізді алдаушы немесе авгиттің ажыралуынан пайда болған. Мұнда температура минералдың балқуына жетпейді. Хлорит үшін жасыл түс, қаттылығы үлкен емес(Маос шкаласы бойынша 2-3) және шыны тәрізді жалтырақ характерлі. Меншікті салмағы 2,6-3,0.

Каолинит (2H₂O Al₂SiO₂) бұл дала шпаты және басқа да алюмин силикаттардың мүжілуінен пайда болған жер түстес  (топырақ түстес минерал ). Ақ немесе сарғыш түсті ақшыл жалтырақты қаттылығы 1-1,5 аралығында жататын минерал. Химиялық құрамы бойынша – алюминий кремний қышқылынан тұрады. Таза күйінде Каолинит басқа сазды топырақтар сияқты аз жолығады.

Кальцит - бұл екінші дәрежелі минерал болып карбонаттар класына (тобына) жатады.

Кальций көзге көрінетін кристалдан құралып, соққының салдарынан ол біріккен жатықтықтан бөлінеді. Әдетте ол кубтық диагоналы бойынша бөлінді. Түсі ақ, жалтырақтығы шыны тәрізді, біріккен жерінен сынады. Оның меншікті салмағы 2,7, қаттылығы – 3. Кальций табиғи жағдайда үлкен топталған күйде ұшырайды, мысалы: мрамор және басқалар. Кальций 10% HCl-да көмір қышқылын шығарғандықтан, оны тез анықтау оңайға түседі.

CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂

Кальцийге химиялық құрамы бойынша ең жақын минерал бұл доломит, ол екі тұздан, кальций мен магнийден құралған. (CaCO₃ MgCO₃). Бұл кальцитке қарағанда біраз қаттылау(3,5-4,0) және 10% HCl-да қайнайды.

Кварц – екі тотықты кремнийге (SiO₂) жатады. Кварц тотықтар тобына жатады. Табиғатта көп ұшырайтын минерал. Көбінше ол түссіз немесе ақшыл түске ие, қаттылығы Маос шкаласы бойынша 7, жалтырақты шыны тәрізді, тәртіпсіз сынады, меншікті салмағы 2,6. Таза күйінде кварц басқа тау жыныстарының ішінде кейбір кезде ұшырайды.

Физикалық және химиялық жағынан кварц тұрақты өзгермейтін минералдарға жатады. Тынық күйіндегі кристалды кварцтарды хрусталь деп атайды.

Таза(тынық) кварцтан тыс кристалы көрінбейтін тұнық емес кварцтар да ұшырайды.

Құба темір немесе лимонит(2Fe₂O₃ 3H₂O) – топырақ түстес адыр-бұдырлы минерал. Бұл IV топ су тотықты (гидрооксисы) жатады. Түсі құба–сарғыш, қызыл-құба, сарғыш, қаттылығы Маос шкаласы бойынша 1÷5 аралығында, меншікті салмағы 3,4÷3,5.

Бұл екінші дәрежелі минерал болып магнитті темірдің ажыралуынан пайда болған. Құба түстес темір табиғатта көп таралған минералдардың қатарына жатады. Ол таза топталған күйінде немесе тау жыныстарына араласқан қоспа күйінде жолығады.

Пирит немесе сұр колгедан (FeS₂) сарғыш алтын тәрізді түске ие, қаттылығы 7, меншікті салмағы 5, металл тәріздес жалтырақ. Куб сияқты көбінше кристалынады. Бұл  V топқа – сульфидтер тобына кіреді.

Ауа мен судың әсерінен пирит мүжіліп, күкірт қышқылы пайда болады. Пириттті ұзақ пайдалнатын құрылыс ғимараттарына пайдалануға болмайды, ол мүжіліп, ғимараттың пайдалану мерзімін қысқартады.

Гипс (CaSO₄2H₂O) бұл кристалдық минерал болып, көбінше ақ түсті немесе сұұр, сарғыш, қызғыш түсті. Қаттылығы-2, жалтырақтығы шыны тәрізді немесе інжу тәрізді. Меншікті салмағы 2,3.

Минералдарды анықтау. Минералдарды оптикалық, химиялық және басқа да әдістермен анықталады. Минералды анықтауда дала жағдайында көзбен көру макроскопиялық әдіс арқылы минералдардың физикалық қасиеттерін анықтау көп қолданылады. Минералдарды макроскопиялық әдіспен анықтауда қарапайым құралдар мен реактивтер пайдаланылады. Бұлар балға, қалам шығаратын пышақ, лупа айна және 10% тұз қышқылы.

Осы құралдар бойынша минералдардың түсі, қаттылығы, біріктіктігі, жалтырақтық және сынуы анықталады.

 

3. Тау жыныстарының пайда болуы

 

Тау жынысының пайда болуы бойынша (генезисі) төмендегі үш үлкен топқа бөлінеді: магматикалық, метаморфикалық және шөгінді.

1.Магматикалық тау жыныстары. Жердің ішкі жағынанан магманың жер бетіне шығып, содан кейін қатаюынан пайда болған жыныстар. Магма жердің терең қабатында газ араласқан силикатты сұйықтық пайда болып, олар қысымы аз жерден (жарақтан) жер бетіне атқылап шығады.

Магматикалық тау жыныстарының қасиеттері олардың сууына, температура мен қысымына және магманың құрамы мен қатаю жылдамдығына байланысты.

Магматикалық жыныстарды топқа бөлгенде олардың химиялық пен минералдық құрамдарының маңызы үлкен.

Магманың құрамында 80-85% SiO₂  бар. Осы SiO₂ құрамы бойынша магматикалық жыныстар төрт топқа бөлінеді:

1.қышқылдар SiO₂ > 65% (гранит, кварцтық, порфирлер ж.б.)

2.орташа SiO₂ – 65-52% (сиениттер, диориттер, порфириттер ж.б.)

3.негізгілер SiO₂ – 52-40% (габбро, базальттар, диабаздар ж.б.)

4.күлгін негіздер SiO₂ <40% (периодиттер, пироксениттер ж.б.

Олардың мүжілуге беріктігі мен орнықтығы және бірқатар техникалық қасиеттері де осы химиялық құрамға байланысты.

2.Метаморфиялық тау жыныстары бұл екінші дәрежелі, магматикалық және шөгінді тау жыныстарының үлкен температура мен қысымның арқасында өзгеруінен пайда болған. Үлкен қысымның әсерінен тереңдікте жаңа минералдар пайда болады. Қысымның пайда болу шарттарына байланысты тау жыныстарында түп (негізгі) өзгерістер болады.

Метаморфиялық тау жыныстарға гейстер, кристалдық сланецтер, кварциттер, мраморлар т.б. жатады.

3. Шөгінді шыныстар өзіне характерлі белгілерге ие. Бұлар қабатты, кеуекті, құрамында жан-жануарлар мен өсімдіктердің қалдықтары бар.

Шөгінді тау жыныстары өздерінің генетикалық айрықшылығы бойынша төмендегі үш топқа бөлінеді: сынықты, сазды және карбонатты.

Сынықты жыныстар ескі (алғашқы) тау жыныстарының механикалық мүжілуінің нәтижелерінен пайда болған. Олар өздерінің бөлшектерінің өлшемдері, формасы бойынша ірі сынықты, құндарға алевриттылар мен саздрға бөлінеді.

Сазды жыныстар 0,01 мм кіші бөлшектерден құралған болып, оның құрамында 30% шамасында өте жұқа 0,001 мм бөлшектер болады.

Карбонатты жыныстардың ерекшелігі. Шөгінді тау жыныстары – әк тас пен доломиттер, бұлар құрамы бойынша, пайда болу әдістері мен структурасы және өздерін құрайтын заттары бойынша бөлінеді. Әк тастар мен доломиттер көбінше өздерінің құрамында сазды, сульфат кремнийдің қоспалары кездеседі.

 

4. Тау жыныстарын анықтау

 

Тау жыныстарының минералдарының құрамын анықтау үшін бір қатар әдістер қолданады.

Таужыныстарының структурасының  құрылымы, минералдық құрамы туралы толық және анық мәліметтерді поляризациялық микроскоп жәржемімен зерттеу арқылы анықтауға болады. Микроскоптық зерттеу үшін қалыңдығы 0,01-0,03 мм жұқа пластинкалы шлиф дайындап оны шыныға жапсырып клейлеп, оны айнамен жабады.

Тау жынысының химиялық құрамы саналы және сандық әдістермен талқылап анықтайды. Далалық жағдайда тау жыныстарын сыртқы белгілері арқылы көзбен анықтайды. Мысалы олардың түсі, минералдық құрамы, қаттылығы және сол сияқты белгілердің жәрдемінде.

Тау жыныстарын анықтау үшін жыныстар минералды анықтайтын құрал жабдықтардан пайдаланылады.

Көзбен (макрискониялық) анықтаудың реті төмендегіше: алдын қайсы топқа жататынын анықтайды – магматикалық, метаморфиялық және шөгінді топтың қайсысы. Оны тау жыныстарының сыртқы белгілері әртүрлі топтарды салыстыру арқылы анықтайды.

Атқылаудан (магимикалық) пайда болған жыныстар көбінше массив (шомбал) күйінде кристалдық құрылымда болады. Бұларға характерлі нәрсе, олардың құрамындағы, мысалы кварцты, авгит, слюда және басқалардың құрамында бірінші (алғашқы) минералдардың болуы. Олардың түсі көбінше сұр-күңгірт, қызғыш, көк және кара атқылап шыққан жыныстарға қарағанда.

Шөгінді жыныстардың түсі (ақ, сұр, сарғыш, қызғыш және басқа түсті) әдетте ақшыл. Атқылап шыққан жыныстардың көпшілігі екінші минералдардан немесе қырлы бұрышты немесе тегістелген сынықты бірінші минералдар мен тау жыныстарынан тұрады. Шөгінді тау жыныстарының көпшілігі аз қатқыл болып тұз қышқылында қайнайды.

Тек шөгін тау жыныстарының тастарында организмдердің қалдықтары сақталған.

Метаморфикалық жыныстардың көпшілігі анизотропиялық қасиеттер характерлі, тек кварциттер мен мраморлар басқа белгілерімен ажыралып тұрады, солардың арқасында оларды анықтайды. Кварцит толығымен кварц минералдарынан құралған болып, маос шкаласы бойынша – 7, ал мрамор болса кальциттен, кейбіреулері доломит бөлшектерінің қоспасынан құралған, олар мықты (қатты) емес. Маос шкаласы бойынша – 3 және тұз қышқылында қайнайды. Егер минералда доломит болса, онда қышқылды қздыру керек.

Тау жыныстарының пайда болуын түсі, структурасы, құрылымы және минералогиялық құрамы бойынша қайсы топқа жататынын анықтағаннан кейін олардың түрін анықтайды.

 

Әдебиеттер тізімі

 

1. Қ. Ибрагимов, Ж.А. Үсенқұлов, Б.С. Байболов, Э.И. Қарабаев «Инженерлік геологиядан негізгі мәліметтер. Іргетастар мен негіздердің есебі» Шымкент, 2009ж. 134б.
2. Ананьев В.П., Переделский Л.В. «Инженерная геология и гидрогеология» М.: Высшая школа, 1980. 271с.
3. Пешковский А.М., Пирескокова Т.М. «Инженерная геология». М.: Высшая школа. 1982. 341с.