Генезис камней на побережье г. Владивостока



В настоящей работе представлены результаты исследования диагностических свойств минералов побережья гавани «Спортивная» города Владивосток. Основной целью было установление природного характера формирования камней. Использовалось, в том числе, лабораторное рентгеновское оборудование. Показано, что все камни могли сформироваться в геологических условиях данной местности.

Ключевые слова: генезис минералов, плотность, твердость по шкале Мооса, рентгенофазовый анализ, петрография.

Изучение состава и происхождения горных пород на какой-либо местности — неотъемлемая ступень в самой разнообразной деятельности человека. Такие исследования проводятся, например, при разработке полезных ископаемых, строительстве, обустройстве зон отдыха. Для проведения подобного анализа было отобрано десять разных по внешнему виду камней (рис. 1). Цель работы заключается в установлении с помощью различных лабораторных методов генезиса образцов, вероятности их происхождения близ пляжа или завоза их с других территорий. Для этого были поставлены следующие задачи:

1.Узнать геологическую историю местности;

2.Исследовать диагностические признаки;

3.Провести рентгенофазовый анализ;

4.Провести дополнительные исследования для уточнения результатов.

Рис. 1. Гавань «Спортивная», г. Владивосток

Горные породы — это природные ассоциации минералов более или менее постоянного химического состава, образующие самостоятельные геологические тела, слагающие земную кору. Зная минералогический состав горной породы, можно предположить условия её формирования.

Геология Южного Приморья

История геологического строения приморья началась 300 млн лет назад, в Пермском периоде. Продолжалось формирование материков, которые тогда пока что составляли единый — Пангею, разделявшуюся на Лавразию и Гондвану. После оледенения в Карбоне произошло затопление территории, что поспособствовало отложению останков морских организмов, а также появлению различных обломков разрушенных горных пород.

Затем прогибание территории сменилось поднятием, и вода ушла. Возросла вулканическая активность, из-за чего образовались вулканические горные породы. Также благодаря извержениям повысилось содержание углекислого газа в атмосфере, климат стал тёплым и влажным, что позволило образоваться натёкам карстовых пород (известняка, гипса, каменной соли, доломита).

В Палеогене наступило похолодание, из-за чего рост натёков прекратился. Многие известняковые массивы были погребены под жидкой магмой. После великого оледенения в Кайнозое начали формироваться реки.

Практическая часть

Основная часть работ выполнялась на базе лаборатории физико-химических методов исследования Института тектоники и геофизики им. А. Ю. Косыгина ДВО РАН (г. Хабаровск). На первом этапе образцы фотографировались и производилось их описание (рис. 2).

Рис. 2. Внешний вид образцов

Образец № 1 — Предположительно является кварцем, присутствует небольшая окатанность — значит в воду попал относительно недавно (либо же можно объяснить это тем, что волны не доходили до части берега, где он находился).

Образец № 2 — Предположительно является эффузивной породой, присутствует небольшая окатанность.

Образец № 3– Возможно является известняком. Необходимо провести качественную реакцию с раствором соляной кислоты (HCl).

Образец № 4 — Может быть эффузивной породой, окатанность небольшая. Также является седиментационной брекчией. (Седиментационная брекчия — Горная порода, сложенная из угловатых обломков и сцементированная.)

Образец № 5 — Возможно является алевролитом в смеси со слюдами, мало окатан.

Образец № 6 — Может являться окремнелым алевролитом, окатанность слабая.

Образец № 7 — Визуальный анализ затруднителен, окатанность небольшая.

Образец № 8 — Основную породу определить сложно. Имеются кварц-кальцитовые прожилки, сильная окатанность.

Образцы № 9 и 10 — В основе предположительно пемза, основное тело — предположительно вулканическая порода.

Далее определялись физические свойства образцов, среди которых плотность и твёрдость по шкале Мооса. Плотность была определена с помощью гидростатического метода на весах (рис. 3).

Рис. 3 Аналитические весы Vibra AJ-220CE

Вычисление плотности производилось с помощью формулы

с помощью следующей формулы:

( ₀   _возд. )   _возд. , где:  — плотность тела, А — вес тела на воздухе, В — вес тела в жидкости,  _{0 —} плотность жидкости,  _{возд. —} плотность воздуха

Полученные данные по плотности и твердости образцов представлены в таблице 1.

Таблица 1

Плотность и твёрдость образцов

Номер образца	Масса на воздухе (г)	Масса в воде (г)	Плотность (г\см 3 )	Твёрдость по Моосу
1	0,57	0,349	2,57	6–7
2	11,617	7,428	2,77	4–6
3	1,394	0,873	2,67	4
4	20,828	12,3	2,44	Черный — 1 Светлый — 4
5	10,412	6,33	2,54	5–6
6	0,922	0,57	2,62	5–6
7	2,81	1,802	2,79	5
8	9,827	6,087	2,63	6
9	6,272	4,028	2,8	6
10	4,192	2,632	2,67	Бирюзовый — 7 Серый — 6

С помощью рентгенофазового анализа производилась идентификация минералов, входящих в состав камней.

На рис. 4 представлены полученные дифрактограммы образцов.

Рис. 4. Дифрактограммы образцов

№ 1 — Все пики относятся к кварцу (SiO2), судя по внешнему виду является кремнем;

№ 3 — Все пики относятся к кальциту (CaCO3), предположительно является известняком;

Образцы 5, 6 и 8 имеют схожие дифрактограммы и, соответственно, схожий фазовый состав. Были идентифицированы: кварц (SiO2), кальцит (CaCO3) и альбит (Na [AlSi3O8]), а также отмечено наличие пиков на малых углах (d~7,1; 6,36), которые, вероятно, относятся к слюдистым минералам.

№ 7 — Дифрактограмма полированного образца с ярко выраженным максимальным пиком. В порошкообразном состоянии идентифицируется как альбит (Na [AlSi3O8]). Было решено также изучить срез с помощью микроскопа.

№ 4 — Анализ дифрактограммы затруднителен, так как основное составляющее вещество аморфного строения.

№ 2 — Анализ дифрактограммы затруднителен

№ 9 и 10 — Анализ дифрактограмм затруднителен из-за возможной аморфности. Было принято решение изучить образцы с помощью оптического микроскопа методом петрографии. (Рис. 5)

Рис. 5. Оптический микроскоп Zeiss Axio Imager

На рисунке 6 представлена фотография шлифа образца № 7. Плагиоклаз относится к полевым шпатам (К [AlSi ₃ O ₈ ] — Na [AlSi ₃ O ₈ ]), пироксен — минерал состава SiO _2. В целом эти частицы образуют горную породу магматического происхождения — андезит.

Микроскопический анализ образцов 9 и 10 показал, что образец представляет собой вулканическое стекло, также известное как обсидиан.

Также была проведена качественная реакция с раствором соляной кислоты (HCl) на карбонат-анионы (CO32-), что подтвердило их наличие в образце № 3: наблюдалось выделение газа без цвета и запаха.

Рис. 7. Фото образца № 7

Заключение

В ходе работы с помощью различных лабораторных методов был установлен состав исследуемых образцов:

№ 1 — состав: SiO2, твёрдость по Моосу — 6–7, плотность — 2,57 г\см3. Эти характеристики соответствуют кварцу, а именно кремню. Осадочная порода.

№ 2 — трудноиндентифицируемая порода природного происхождения.

№ 3 — состав: CaCO3, твёрдость — 4, плотность — 2,67 г\см3. Вероятнее всего является кальцитом, что подтверждает также проведённая химическая реакция с НСl. Осадочная порода.

№ 4 — состав выявить не удалось, твёрдость чёрного и светлого фрагментов 4 и 1 соответственно, плотность — 2,44 г\см3. Может быть седиментационной брекчией, образовавшейся в ходе осадочных процессов.

№ 5, 6, 8 — состав: SiO2, CaCO3, Na [AlSi3O8], твёрдость — 5–6, плотность — 2,54–2,62–2,63 г\см3 соответственно. Альбит в составе имеет вулканическое происхождение.

№ 7 — состав: Na [AlSi3O8], твёрдость — 5, плотность — 2,79 г\см3. Более детальное изучение состава подтвердило наличие плагиоклаза, а именно альбита, который является магматической породой.

№ 9 и 10 — состав: вулканическое стекло (установлен с помощью микроскопии), твёрдость — 6–7, плотность — 2,8–2, 67 г\см3 соответственно.

Таким образом, среди найденных пород присутствуют как осадочные, так и вулканические. Происхождения очень разнообразны, соответствуют процессам и условиям, существующим в геологической истории данной местности много лет назад: деятельности вулканов, в частности извержению магмы, образованию натёков, склеиванию обломков других пород. Всё это говорит о возможности зарождения найденных камней непосредственно близ полуострова Муравьёва-Амурского, где и расположен г. Владивосток.

Авторы выражают благодарность за помощь в минералогических исследования к. г.-м.н., Бердникову Николаю Викторовичу и за пробоподготовку Цою Илье Георгиевичу.

Литература:

1. Дудин, С. А. Атлас-определитель главных минералов и горных пород / С. А. Дудин. — Москва: Издательские решения, 2016. — 65 c.
2. Булах, А. Г. Общая минералогия. Учебник / А. Г. Булах, А. А. Золотарев, В. Г. Кривовичев. — 4-е изд. — Москва: Издательский центр «Академия», 2008. — 416 c. — Текст: непосредственный.
3. Пущаровский, Д. Ю. Рентгенография минералов / Д. Ю. Пущаровский. — Москва: ЗАО «Геоинформмарк», 2000. — 292 c. — Текст: непосредственный.