2. Минералдар түрлері
Сабак №1
Кіріспе
Тақырыптық жоспар:
1. Тау кен өндірісінің халық шаруашылығында алатын орыны.
2. Тау-кен ісінің даму тарихы.
16 ғасырда табиғи тастарды құрылыс жұмыстарында пайдалану мақсатымен сол кездегі
Москва мемлекетіне қарасты «Тас туралы» бұйрық ш ығып онда тас қазу және өндеу
жұмыстары ұйымдастырылды. Петр1 патшалық етіп тұрған заманда «Кен қазу» бұйрығы
шығып, кейіндеу 1719 ж Петербургте ғылым академиясы ұйымдастырылып осы ғылым
ордасында М.В. Ломоносов өзінің геологиялық пікірлерін ұсынып қана қо ймай, ол Ресейде
аймақтық геологиялық зерттеулер жүргізудің ұйымдастырушысы болды. Кейіндеу М.В.
Ломоносовтың жоспарымен ұйымдастырылған экспедициялар Ресейдің көптеген
аймақтарында геологиялық зерттеулер жүргізіп солардың арасында Оралдың көп
жерлерінде, Сібірде, Еділ бойында Каспий жағалауларында Қырымда геологиялық
зерттеулер жүргізген П.С. Палласты, Ресейдің Европалық бөлігінің тау жыныстарының,
минералдарының үлгілерін жинаған И.И. Лепехин және н.Я. Озерновскийді, Камчат
вулкандарының сипаттамасын жазған С.Г. Крашенниковты, Апшерон түбегін зерттеген С.Г.
Гмелинді, Кавказды зерттеуші А.И. Гильденштедты атауға болады.
Қазіргі қазақ елінің кең байтақ жерін кезінде әр түрлі мақсаттармен аралаған
экпедициялардың ертеден назарларына іліккен бір ерекшелігі оның көптеген мидай елсіз
күнсіз жазық далаларында кездесетін ойдым-ойдым төмпешіктермен және олардың жанында
орналасқан кішігірім шұңқырлар болатын. Осындай аймақтарды жергілікті халықтар «мың
шұңқыр» деп атайтындығы. Кейіннен осындай өңірлерді зерттеге нде олардың көпшілігі
пайдалы қазба байлық қорын алу үшін ерте заманда осы аймақты мекендеген тайпалардың
жүргізген тау-кен жұмыстарының көне іздері екендігі белгілі болды. Қ:Сатпае Жезқазған
кенішінің орынында осындай көне қазбалардың болғандығын жазып он ың топшылауынша
біздің заманымызға дейін одан бір милион тонна мыс рудасы алынып, оның әр
тоннасындағы мыстың мөлшері 5 пайыздан кем болмаған. Осындай көне тау кен
жұмыстарының болғандығы Степняк кенішінің орынында кездестіргенін осы аймақты
зерттеген Чудиновтың 1936 ж «Советская золотопромышленность» журналында
жарияланған мақаласында кездестіруге болады. Онда алтын кені ашық жұмыспен жүргізіліп
оның ұзындығы 150м, ені 20м тереңдігі 6м. жеткендігі жазылған. Солтүстік Қазақстан
өңірінде орналасқан Степняк, Бестөбе, Ақсу, Жолымбет сияқты негізгі алтын кеніштері
осындай бізге белгісіз тайпалардың өте ертеде жүргізілген тау кен жұмыстарының ізімен 20
ғасырдың 30 жылдары ашылып бұрынғы Кеңестер Одағының алтын қорына осы уақытқа
дейін бірнеше жүздеген тонна алтын жөнелтті. Осындай көне заманда жүргізілген тау кен
жұмыстарының ізімен табылған кен орындары Орталық, Шығыс Қазақстан тағы басқа
аймақтарда көптеп кездеседі.
Орталық Қазақстан жеріндегі көне ескерткіштер туралы деректер орта ғасыр заманындағы
сауда саттық жүргізген керуеншілермен ілескен жекелеген жуһанкездердің естелігінде
кездесті. Қазақ жерін жоспарлы түрде археологиялық зерттеу жұмысы тек қана Қазан
төңкерісінен кейін басталып, ол осы уақытқа дейін жүргізілуде. Алғашқыда жергілікті
өлкетану мұражайларының жанынан кішігірім топтар ұйымдастырылып олар көне заманнан
бізге жеткен тұрмыс құралдарын жинаумен айналысты. Осы жерде Ақмола, Қарағанды
облстарының ескерткіш орындарын тізімге алып, ертедегі қолданған тұрмыстық
бұйымдарын жүйелеп Қазақстанның О рталық мұражай хабарлама журналына 1960 жылы
бастырған Л.Ф. Семеновтың еңбегін атап өткен жөн болды. 1933 жылыСарыарқа жеріндегі
Нұра, Шерубай, Нұра, Жақсыкөн, Жаманкөн Сарысу өзендерінің алқабында кездесетін көне
ескерткіштерді зерттеуге П.С. Рыковтың басқаруымен археологиялық экспедиция шығып
олар осы өңірде 32 зират аулаларын кездестіріп 43 ескі көмбелерді зерттеді. Осы
экпедицияның археологиялық тұрғыдан қарағанда үлкен табысы болып есептелінетін
Қарағанды облысының Дандыбай ауылының маңынан табылған Бе газы Дандыбай
мәдениетінің алғашқы ескерткішін тауып оны зерттеуі. 1930 жылы Орта Азия
университетінің жанынан ұйымдастырылған археологиялық экседиция бетпақ дала
аймағында қола дәуірінің көне мекенжайының ізін тауып, онда табылған ертедегі тау кен
жұмыстарын зерттеп ол жерде мыс шығарылғанын анықтады. Табылған құралдар
археологиялық зерттеулерден кейін, аталған тау кен жұмыстары қола дәуірінің Андронов
мәдениеті кезінде жүргізілгендігі белгілі болды. Сөйтіп Қазақстан жеріндегі аталған дәуірдің
оңтүстік шекарасы белгіленді. Осы кезде академик А.Х. Марғұланның Қазақ ғылым
акадедиясының археологиялық институтының белгілі ғалымдары Ақышев, Қадырбаевтың
және басқа да көптеген ғалымдардың басшылығымен зерттеліп өте құнды еңбектер
жазылды. Осы жасалған ғылыми тұжырымдарға сүйенсек қазіргі кен байтақ Қазақ жерін
мекендеген тайпалар тау кен жұмыстарынмен көптеп айналысып олардан алынған кендерден
алтын, күміс, мыс, мырыш, қалайы сийқты металдарды өндіру кәсібімен қола дәуірінің
Андронов мәдениетіне жататын уақытынан бастап таныс болып, олардан үй тұрмысына жер
қазуға әшекейлікке, қару жарақ жасау жұмыстарына қажетті заттарды жабайы түрде
болсадағы игере білгендіктері шүбәсіз дәлел.
Тау кен өндірісінің салалары:
1) отын және жанғыш шикізат : газ, мұнай, көмір, уран.
2) Қара металл өндірісі: темір,
3) Түсті металдар өндірісі
4) Асыл металдар: алтын, күміс, платина,
5) Химиялық және агрохимиялық шикізаттар өндірісі: калий тұздары, фосфариттер,
аппатиттер, пирит, күкірт, бром, иод.
6) Техникалық шикізат өндірісі : алмаз, оптикалық флюорит, шпат, мускавит.
7) Құрылыс материалдар өндірісі: асбест, әктас, кварц
8) Гидроминерал минералды жерасты суы.
Қола дәуірі алғашқы тау кен сызбасы пайда болды. Египеттік папирустарда алтынды қазу
сызбасы көрсетілген.
Қарапайым механизмдер дәуірі: 1556 ж алғашқы техникалық оқулығы «кен ісі және
металлургия жөніндегі 12 кітап авторы
Ең алғашқы тау кен мектебі және училище ашылды. 1880 -1890 ж тау кен ғылымына электр
энергиясы енгізілді.
1884 жылы Германияда бұрғылауға арналған электр ст анок жасалды.
Сабак №2
Бөлім 1. Тау-кен ісінің негіздері
Жер құрылымы. Қабаттың химиялық құрамы. Температуралық режим.
Тақырыптық жоспар:
1. Жер құрылымы.
2. Қабаттың химиялық құрамы.
3. Температуралық режим.
1755 жылы немістің философ-ғалымы И. Кант Жердің пайда болу туралы алғаш рет ғылыми
болжам айтушылардың бірі болды. Бұл болжам бойынша Жер әр түрлі үлкенді -кішілі
денелерден, газды-шаңды, алаулаған ыстық, бұлт сияқты тұманданған массалардан тұрған.
Әлемдік тартылыс күшінің әсерінен олардың барлығы қозғалы сқа кірген ұсақ денелер бір -
біріне жабысып, домалақтанып, бірігіп орталық дене қалыптасады. Кейінен (1796ж)
француздың ғалым математигі П. Лаплас та осы кант айтқан болжамға ұқсас ойлар айтып,
геология ғылымында «Кант және Лапластың болжамдары» деген ортақ атпен белгілі болды.
Кейінгі кезге дейін аспан әлемін астрономиялық зерттеу жұмыстарынан алынған
деректерге сүйене отырып, 1943 жылы бұрынғы кеңестер елінің белгілі академик ғалымы О.
Ю. Шмидт Жердің жаратылуы туралы мынандай пікір айтты: Күннің өзі қазіргі жүйедегі
басқа планеталардан көп бұрын жаратылған. Ол өзінің аспан кеңістігінде қозғалу жолында
газ тозаңнан құралған тұманданған бұлт сияқты әр түрлі қатты заттарды кездестіріп, оны
өзімен бірге айналдыруға мәжбүр еткен. Осы бұлт тәрізді қатты за ттар өзінің тығыздығы
жағынан әр түрлі болған. Оның орта кезі тығыздау, ал шет жағының тығыздығы бәсеңдеу
болғандықтан, бұл массалар Күнмен ілесе айналғанда орталықтан тепкіш күштің әсерімен
одан бөлінген денелер келешек планеталардың негізін салып, олар Күннен белгілі бір
қашықтықта онымен бір бағытта айнала бастаған.
Жердің сыртқы пішініне адамзат баласы ежелден-ақ аса көңіл аударып әр түрлі
болжамдар ұсынған. Мысалы: ертедегі үндістер оның сыртқы пішіні суда өсетін лотос гүлі
тәрізді десе, Вавилондықтар диск тәрізді дөңгелек деп ұғынған, ежелгі Мысырлықтар жерді
піл көтеріп тұрады деп уағыздаса, ал қазақтар діни ұғым бойынша жазық жерді көк өгіз
ұстап тұр, ол өгіз жерді бір мүйізіне ауыстырғанда жер сілкінісі болады деп түсіндірген.
Біздің заманымыздан бұрынғы 4-6 ғасырларында грек елінің ғалымдары Аристотель,
Пифагор, Перменид Жердің шар үлгілі екендігін табиғатта кездесетін әр түрлі
құбылыстардың көмегімен дәлелдемекші болған. Орта ғасырда осындай болжам ғалымдарды
шіркеу адамдары қуғын-сүргінге ұшыратып, олардың әлемге көзқарасын күшпен жоққа
шығартып отырған.
Дегенмен, қайта өрлеу дәуірінде Жердің шар үлгілес деген көзқарас қайтадан күш алды.
Жердің өлшемдері 17 ғасырдан орта кезінен бастап осы уақытқа дейін жүргізіліп келеді. Осы
өлшемдердің нәтижесінде Жердің экватордағы радиусы 6378245 м, ал полюстегі мөлшері
6356863м екендігі есептеліп шығарылды. Бұл дегеніміз жердің сыртқы пішіні сопақтау болар
деген И. Ньютонның және тағы басқа ғалымдардың болжамын дұрысқа шығарып, оның
сығымдалу дәрежесін анықтауға көп көмегін тигізді. Сонымен соңғы өлшемдерге сүйенген
ғалымдар Жердің сыртқы пішіні шардан көрі сопақтау геоид тәріздес деген келісімге келді.
Қазіргі есептелген деректерге сүйенсек жердің массасы 6*1021 , көлемі 109 км3 , орта
тығыздығы 5,52 г/см3, ауданы 510 млн км2.
Жердің ішкі құрылысы мен құрамы. Жердің ішкі құрылысын Жер қыртысы, мантиясы,
ядросы деген үлкен үш қабатқа бөлуге болады. Жердің сыртқы қабатын жер қыртысы деп
атайды. Оны құрлықтық және мұхиттық деген екі типке бөледі.
Құрлықтық типке жататын жер қыртысын үш қабатқа бөлуге болады. Жоғарғы қабаты
шөгінді жыныстарынан құралып, одан кейінгі қабат граниттерден, ең төменгі мантиямен
шектесетін қабат негізінен базальттардан тұрады деп саналады.
Құрлықтық типтес Жер қыр тысы қалыңдығы әр жерде әр түрлі болып, кейде жекелеген
қабаттары кездеспеуі де мүмкін. Мұқиттық типтес жер қыртысы шөгінді және базальттық
тау жыныстарынан құралып, граниттік қабат кездеспейді.Қазақстанда жер қыртысының
қалыңдығы солтүстіктен оңтүстікке қ арай қалыңдай түсетін көрінеді.Мысалы:
солтүстікте30км, ал оңтүстікте 45 км жететіндігі белгілі болды. Мұхиттар түбінде граниттік
қабат өте жұқа болады, не мүлде болмайды, ал базальттық қабат барлық жерде кездеседі деп
есептелінеді. Сейсмикалық зерттеулерден алынған деректерге сүйене отырып алғашқы рет
австралиялық ғалым Конрад граниттік және базальттық қабаттардың шекарасын 1925 жылы
анықтады. Осы шекара геология ғылымында «Конрад беті» деп аталады. Қазақстан жерінде
шөкпелі қабаттың қалыңдығы 8 -9 км, граниттік қабат 20-25 км, базальттық қабат 40-50км.
Сейсмикалық толқындардың таралу заңдылығына сүйене отырып базальттық қабатпен
жоғарғы мантияның шекарасын ЮГОСЛАВ сейсмологі 1909 жылы Махорович ашты. Содан
бері осы бет ғылымда «Махорович беті» не болмаса қысқаша «Махо беті» деп аталады. Бұл
бет орташа есеппен 50-70км тереңдікте жатады.
Базальттық қабат Қазақстан жерінде 10-25 км дейінгі тереңдікте орналасқан деген болжам
бар. Барлық өндірістік кендердің кенді тораптары осы базальттық қабаттың әр түрлі
зоналарында орналасып, жер қыртысында кездесетін терең жарылыстардың бойымен
жоғарғы қабаттарына көтеріліп қазбалы кен қорларын түзейді.
Жер қыртысы мен оның ядросының арасында орналасқан жер бөлігін мантия деп атайды.
Мантияның өзі жоғарғы және төменгі болып екіге бөлінеді. Жоғарғы мантияның өзін
бірнеше қабаттарға бөлуге болады. Мысалы: 80-400 км аралығындағы бөлікті жоғарғы
мантияның В қабаты деп атаса, одан төмен 900км дейінгі бөлімшені С деп белгілейді. Бұл
қабаттардан төмен 900-2900 км тереңдікте орналасқан аралық мантияның төменгі қабаты
болып саналады. Жер мантиясын құраушы заттың тығыздығы 1000 км дейінгі тереңдікте 3,3 -
4,6 г/см3, ал оның ядроға таяу арасында 5,6 г/см3 жететіндігі есептеліп шығарылды.
Мантияның жоғарғы В қабаты жер қойнауының ең белсенді қабаты болып, онда
жинақталған химиялық құрамы өте күрделі, жоғарғы температуралы ерітінділер, жер
қыртысының жоғарғы қабаттарына көтеріліп, кейде вулкан түрінде жер бетіне шығып,
келешек қазба байлық қорының алуан түрлерін түзейді. Мантия қабатын да жер қойнауының
қызу температурасы 100-1500С.
Жер қойнауының ядросы туралы деректер өте аз. Оның химиялық құрамы туралы екі түрлі
болжам бар: біріншісі темір тектес метеориттердің құрамындай болуға тиіс десе, екінші
болжам темір, магний силикаттарынан құралады деп есептелінеді.Әрине ядроны құрайтын
заттарды көзбен көріп, қолмен ұстаған ешкім жоқ, сонда да ядроның жер қойнауында бар
екендігі, оны құрайтын заттардың тығыздығы12,3иг/см 3 жететіндігі ақиқат нәрсе.
Жер қыртысының химиялық құрамы жөнінде алғашқы рет талдау жасап, белгілі бір
қорытындыға келіп, оның нәтижесін 1889 жылы баспасөз арқылы әлемге жариялаған
америка ғалымы Ф. Кларк болды. Осы мәселемен орыс ғалымдары А. С. Ферсман, А. П.
Виноградовтар, В. И. Вернадский шұғылданып, жер қыртысының химиялық құрамын
толықтырып анықтай түсті. Төменде академик А.П. Виноградовтың есептеуі бойынша
берілген жер қыртысының негізгі құрамының мөлшері келтірілген.
Кесте 1
Химиялық
элементтер
Мөлшері,
%көрсетілген
Химиялық
элементтер
Мөлшері,
%көрсетілген
1 Оттегі 47.00 6 Натрий 2,50
2 Кремний 29.50 7 Калий 2,50
3Алюминий 8.05 8Магний 1,87
4 Темір 4.65 9 Титан 0,45
5 Кальций 2,96 10 Сутегі 0,15
Басқалар 0,37
Сабақ №3
Тау жынысының мен минералдар түрлері. Шөгінді тау жынысы.
Тақырыптық жоспар:
1. Тау жыныс түрлері
2. Минералдар түрлері
3. Шөгінді тау жынысы.
Тау жынысы дегеніміз құрамы мен құрлымы тұрақты бір немесе бірнеше минералдардан
түзілген жер қабыршағын құрайтын табиғи минералдық агрегат.
Минерал жер қыртысындағы физика-химиялық процестер нәтижесінде пайда болған
химиялық қосылыс.
Минералдарды химиялық құрамына қарай төмендегі топтарға бөледі : саф элементтер,
күкіртті қосылыстар, галоидтар, тотықтар, карбонаттар, сульфаттар, вольфраматтар,
силикаттар.
Саф элементтер жер қыртысының 0,1% құрайды. 30-ға жуық түрі белгілі. Саф элементтер
тобына табиғатта бос күйінде кездесетін алтын, күміс, платина, мыс т.б. металдардың саф
минералдарын жатқызса, бұл топта алмас, графит, күкірт сияқты металл емес минералдарды
да кездестіруге болады.
Күкіртті қосылыстар( сульфиттер) жер қыртысының 0,25% құрайды. 250 аса түрі
белгілі. Тау жыныстарын құраушы минералдардың қатарында онша жиі кездеспесе де
олардың көпшіліг кен қалыптастыру процесінде үлкен орын алады. Мысалы галенит (PbS),
пирит (FeS), сфалерит (ZnS), халькопирит (CuFeS2), арсенопирит (FeAsS), киноварь (HqS)
тағы басқа сульфиттік минералдардың жинақталған орындары қорғасын, мырыш, темір, мыс
кенорындарын қалыптастырады.
Тотықтар жер қыртысының 17% % құрайды. 200 жуық түрі белгілі. Бұл топтың
минералдары оттегінің және гироксилдік топтардың көптеген қосылыстарын жасайды. Осы
топқа кіретін екі минералмен таныстырсақ. Олардың біріншісі кварц (SiO2), оның мөлдір су
түстес, призма пішінді қалыптасқан жекелеген кристалдарын, болм аса друзаларын тау
хрусталі деп атайды, қоңырқай түрлерін түтін тәріздес кварц, көк, күлгін түстілерін –
аметист, қара түсті кристалдарын –марион деп атайды. Осы топтағы екінші бір көңіл
аударарлық минерал корунд (Al2O3). Оның өзін күнделікті тіршілік өмірд е қаттылығын
пайдаланып ( алмастан кейінгі), оны түрлі түрпілі материал ретінде қолданса, олардың
көпшілігі кристалды түрін сапфир, ал қан тәріздес қызыл кристалдарын рубин деп атап асыл
тастар ретінде қолданылады.
Галоидтар жер қыртысының 1,5-2 % құрайды. Осы минералдық топқа фтордың, хлордың,
бромның, иодтың тұз қышқыл түріндегі қосылыстарын жатқызуға болады. Мысалы: галит -
тас тұзы, сильвин, флюорит т.б.
Карбонаттар жер қыртысының 1,7 % құрайды. 80 тарта түрлері белгілі. Бұл топқа көмір
қышқылының тұздары қалыптастыратын минералдар жатқызылып, олардың көпшілігі тау
жыныстарын құрастырушы минералдар болып саналады. Осы топқа жататын кальцит
минералы табиғатта дән тәріздес түрінде көптеген тау жыныстарында кездессе, ол призма
үлгідегі кристалдарды жасайды. Кей кезде осы минерал тау үңгірлерінің төбесінен ағып
тұратын әк ерітінділерінен сүңгі тәріздес төмен салбырап тұратын сталактит деген түрін
қалыптастырса, оның тамшыларынан пайда болған тау үңгірінің едендерінде орналасқан
бөлігін сталогмиттер деп атайды. Осы минералдардың әк, доломит деп аталатын шөгінді тау
жыныстары құрылыс материалдары және металлургия саласында флюс ретінде кеңінен
қолданылады. Осы топқа жататын сидерит (FeCO3), малахит (Cu2CO3)(OH)2, азурит
(Cu3CO3)(OH) темір, мыс өндіру саласында шикі зат ретінде, ал азурит бояу жасау
өндірістерінде көптеп қолданылады. Осы топтағы минералдардың бір өзгешелігі оларға азот
және басқа да тұз қышқылдарын тамызғанда ондағы көмір қышқыл газы қызу бөліп,
бұрқылдап шыға бастайды.
Сульфаттар жер қыртысының 0,1 % құрайды. 260 жуық түрі белгілі. Осы топқа
ангидритті (CaSO4), гипсті (CaSO42H2O), баритті (BaSO4) жатқызуға болады.
МИНЕРАЛДАРДЫ Ң ЖІКТЕЛУІ
Класс Минерал (мысал) Химиялық формула
Саф элемент Алтын Au
Карбиды 1 Муассанит SiC
Сульфид2 және сульфосоли Киноварь Энаргит HgS, Cu3AsS4
Тотықтар Гематит Fe2O3
Гидроксидтер Брусит Mg(OH)2
Галогенидтер Флюорит CaF2
Карбонаттар Кальцит CaCO3
Нитраттар Калиевая селитра KNO3
Бораттар Бура Na2B4O5(OH)4×8H2O
Фосфаттар3 Апатит Ca5 (PO4)3F
Сульфаттар Гипс CaSO4×2H2O
Хроматтар Крокоит PbCrO4
Вольфраматтар4 Шеелит CaWO4
Силикаттар Альбит NaAlSi3O8
Силикаттар жер қыртысының 80 % құрайды. Бұл топтың минералдары тау жыныстарын
құраушы негізгі минералдар болып саналады. Олардың осы топқа кіретін минералдарын
кристаллографиялық жолмен зерттегенде кремний силикаты кристалды тордың ортасында
орналасып, оттегі иондары олардың барлық бұрышты төбелерінде жайғасатындығы белгілі
болды. Олардың химиялық құрамы өте күрделі болып жаралу тегі де әртүрлі жолмен
қалыптасып морфологиялық түрі, түсі, кристалдану түрлері алуан -алуан болып келеді. Осы
топтағы оливин минералы жерқыртысында көп тараған минералдар қатарына қосылса оның
түсі химиялық құрамына байланысты ақшыл –сары, сарғыш-жасыл, қоңырқай-жасыл болып
келеді. Осы минералдың мөлдір, кейде сарғыш жасыл түрі хризатол деп аталып, тіршілік
өмірде асыл тастар ретінде пайдаланылады. Аталған топқа жататын гранаттар тобының
қазіргі кезде көптеген түрлері белгілі. Олар : ашық жасыл, қоңырқай жасыл түсті гросс уляр;
қанық қызыл түсті – пирон; қызғылт қызыл, қоңырқай сарғыш түсті спессартин; көкшіл
түсті –альмандин және табиғатта сиректеу кездесетін –уворовит. Аталған класқа пегматиттік
желілерде жиі кездесетін аллюмини силикаты –топазды, литийді, аллюминий силикаты-
сподуменді, жаратылу тегі метоморфты түрде қалыптасқан дистенді жатқызуға болады.
Жер қойнауының магмалық ошақтарында қалыптасатын дала шпаттары да осы топқа кіреді.
Жалпы алғанда қазіргі кезге дейінгі белгілі минералдардың 1/3 осы класқа жатқызыл ып,
олардың жер қыртысындағы тау жыныстарының 80 пайыздық құрамын осы силикаттар
тобындағы минералдар құрастырады.
Шөгінді тау жыныстары әр түрлі физикалық, химиялық құбылыстардың әсерінен
мүжіліп, үгіліп, ысырылып, еріп өздерінің алғашқы қалыптасқан ортасынан ажырап су
айдындарының түбінде тұнудан пайда болған тау жыныстары. Шөгінді тау жынысының
қалыптасуы бірнеше кезеңдерден өтеді.
Бірінші кезең гипоргенез деп аталады. Бұл кезеңде барлық тау жыныстары табиғаттың
сыртқы құбылыстарының әсерлеріне ұшырап кейіннен шөгінді тау жыныстарын түзейтін
алғашқы бастама материалдар қалыптаса бастайды. Осы кезеңде бұрынғы қатты тау
жыныстары әр түрлі мөлшердегі ірі кесектерінен бастап ұсақ ұнтақтарға дейін үгетіледі.
Екінші кезең седиментогенез. Бұл кезеңде мүжіліп, үгетілген тау жыныстары ағын, су,
жел, мұз, көшкіндері тағы басқа табиғи құбылыстардың көмегімен бір жерден екінші жерге
көшіп, олардың бірсыпырасы мұхит, теңіз, көл сияқты су айдындарына жеткізіледі. Онда
жеткен материалдар кесектерінің мөлшері, салмағына қарай механикалық сұрыптаудан өтіп
суда тез еритін кейбір тау жыныстары су құрамына көшеді.
Үшінші кезең диогенез. Бұл кезеңде айдын суларға жеткен тау жыныстарының шөгіндіге
айналу процестері жүре бастайды. Су табандарына шөге бастаған тұнбалардың аса
дымқылдығы олардың арасында кездесетін әр түрлі бактериялар мен минералдық құрамы
сол ортаның тотықтануы және қайта қалпына келу жағдайымен тығыз байланысты. Осы
кезеңде күрделі химиялық реакциялар қалыптасқ ан ортаға төзімсіз минералдар еріп, олардың
орнына төзімді минералдар топтары пайда бола бастайды.
Төртінші кезең катогенез. Мұнда қалыптасқан борпылдақ тұнбалардың қалыңдығы
артқан сайын оларға жоғарыдан түскен қысым мен температураның әсерінен тығызд алып
қатаю тасқа айналу процестері жүре бастайды.
Бесінші кезең метогенез. Бұл кезеңде қалыптасқан шөгінді тау жыныстары түбегейлі
өзгерістерге ұшырап, қайта өзгеру кезеңінің белгілері пайда бола бастайды. Осы кезең
метоморфизмге апаратын алғашқы саты.
Шөгінді
нің
қалыпта
су
кезеңі
гипорге
нез
седимен
тогенз
диогенез катогене
з
метоген
ез
Сабақ №4
Магмалық және метаморфтық тау жынысы.
Тақырыптық жоспары:
1. Магмалық тау жынысы, олардың пайда болуы
2. Метаморфтық тау жынысы, олардың пайда болуы
Магмалық тау жыныстары жер қойнауының терең қабаттарында әр түрлі химиялық,
физикалық құбылыстардың әсерінен, алаулаған ыстық магма ерітінділерінен пайда болып,
оның әр түрлі тереңдігінде суынғанда қалыптасатын тау жыныстарын атпа тау жыныстары,
не болмаса интрузифтік тау жыныстары деп атайды. Егер аталған магма жер бетіне жетіп
тасқын сияқты төгіліп, болмаса жер қойнауының жоғарғы қат -қабаттарына жайылып суынса
эффузифті, яғни төгілмелі тау жыныстарын қалыптастырады. Аспапсыз қарағанда атпалы
тау жыныстары төгілмелі тау жыныстарынан өздерінің минералдық құрылымы түрлерімен
оңай ажыратылады. Олардың алғашқыларының құрамындағы минералдары жақсы
кристалданып, көпшілігін сыртқы түріне қарап ажыратуға болады, ал екіншілерінің сыртқы
түрі шыны тәріздес болып ондағы минерал түйіршіктері көзге онша түсе қоймайды. Атпалы
тау жыныстары өздерінің жер қойнауын да жаратылу тереңдігіне қарай үлкен тереңдікте
және орташа тереңдікте қалыптасқан тау жыныстары деген екі топқа бөлінеді, олардың
алғашқысы шамамен 3-5 км тереңдікте қалыптасып, ал екіншісі 2-3 км тереңдікте пайда
болады деп топшыланады. Магмалық тау жыныстарын құрайтын негізгі минералдар: дала
шпаттары плагоклаз, нефелин, кварц, пироксен, амфиболдар, слюдалар және оливин болады.
Олардың тау жыныстарында кездесетін шамасына қарай егер 10% -дан асса тау жыныстарын
құраушы негізгі минералдар қатарына жатқызып, 3-10% аралығында кездесетін
минералдарды көмекші, ал 3% төмен шамада кездесетін минералдарды тау жыныстарын
құрауға сирек қатынасатын минералдар деп атайды.
Тау жыныстарын кремнийдің (SiO2) проценттік мөлшеріне қарай өте қышқылды (SiO 2 65-
75%), орташа қышқылды (SiO2 40-52%), ультра-негізді (SiO2 40 % аз) деп атайды.
Құрамындағы кремний қышқылы көбейген сайын олардың сыртқы түстері ағара түседі де
тығыздығы азая түседі.
Метаморфтық тау жыныстары жер қыртысының төменгі қабатында жиі болып
тұратын әр түрлі ішкі құбылыстардың ықпалымен бұрынғы қалыптасқан магмалық және
шөгінді тау жыныстары үлкен өзгерістерге ұшырап олардың жаңа түрлері пайда болады.
Осындай жердің ішкі құбылыстарының әсерінен туындайтын процесті геологияда
метоморфизм -өзгеру деп атайды. Метоморфизм процестеріне жер қыртысының ішкі жылуы,
қысымы, тектоникалық қозғалыстары мен магматизм процестері белсене қатынасып тау
жыныстарының химиялық, минералдық құрамдары мен құрылымды сипаты әр түрлі
дәрежедегі өзгерістерге ұшырайды. Метомор физм процестердің динамометоморфизм,
жапсарлы метаморфизм және аймақты метоморфизм деген түрлері болады.
Динамометоморфизм кезінде тау жыныстары жоғарыдан түскен гидростатикалық кейде
біржақты, кейде екі бүйірден түскен қысымдардандың әсеріне ұшырайды.
Жапсарлас метоморфизм процестерінің туындауына негізінен температуралы жағдай
үлкен ықпалын тигізеді. Жер қойнауының әр түрлі ішкі құбылыстарының әсерінен жоғары
көтерілген ыстықтығы 1000-14000 С жететін магмалық денелер бұрынғы қалыптасқан
салқын тау жыныстарын ондаған, жүздеген градусқа дейін қыздырып және олар ұзақ уақыт
бойы біртіндеп тау жыныстарына әсерін тигізгенде оларда қайтадан кристалдану процестері
жүреді.
Аймақтық метоморфизм жер қыртысын құрушы тау жыныстарына көптеп тараған.
Осындай өзгерістерге ұшыраған тау жыныстарының аумағы үлкен де және оның қалың
қабаттарына көптеп әсерін тигізеді.
Сабақ №5
Тау жынысының физика-техникалық қасиеттері
Тақырыптық жоспары:
1. Тау жыныс қасиеттерімен танысу
2. Тау жынысының тау-кен техникалық қасиеттері
Тау жынысының физика техникалық қасиеттері
Тығыздық- плотность
Бекемдік – крепость
Қаттылық- твердость
Кеуектілік –пористость
Тұрақтылық- устойчивость
Жемірлік- абразивность
Бұрғыланғыштық - буримость
Серпінділік-упругость
Жарықшақтық-трещиноватость
Кесектілік-кусковатость
Тұтқырлық-вязкость
Тау жынысының тығыздық қасиеттеріне тығыздық, меншікті салмақ, кеуектілік жатады.
Тығыздық массивтегі, табиғи шоғырлану, үлгідегі және қопсыған жағдайдағы тығыздық
болып бөлінеді. Тығыздық тау жынысының бірлі к көлемінің массасы, кг/м3
g = m/V
мұндағы m –тау жыныс массасы, кг;
V –тау жыныс көлемі, м3.
Кеуектілік тау жынысын құраушы қуыстардың салыстырмалы көлемі. Кеуектілік кеуек
көлемінің тау жынысының толық көлеміне қатына сы:
П =100Vп /V
Кеуектілік еселігі кеуек көлемінің тау жынысын құраушы минералдық зат көлеміне
қатынасы:
o
п V
V
K = п
Жалпы кеуектілік тау жыныс тығыздығы мен минералдық зат тығыздығы бойынша
есептеледі:
П=100(γв -γ)/γв
Қопсу еселігі қопсыған тау жыныс көлемінің массивтегі көлеміне қатынасы:
Kр = Vр /V
Үймелі тығыздық массивтегі тау жыныс тығыздығының шамасы мен тау жынысының қопсу
еселігіне байланысты:
γн=γ/Kр
Қопсу еселігі мен үймелі тығыздық қопсығ ан массаның гранулометриялық құрамына,
бұзылған тау жыныс кесектеріне, қысымға, тау жынысы салынатын ыдыс сыйымдылығы мен
пішініне байланысты. Құмтасты және сазды тау жынысының қопсығыштығы 1,15 -1,2 қатты,
қатты, морт тау жыныстарының қопсығыштығы жоғары 1,3-1,8. Тығыздық қасиеттер нақты
жағдайда (массивтегі тығыздық, үймелі тығыздық, қопсу еселігі, ашық кеуектілік)
зертханалық жолмен (үлгідегі тығыздық, кеуектілік) және есептеу жолымен (жалпы
кеуектілік, жалпы кеуектілік еселігі) анықталады. Қопсыған жағда йда тау жыныс тығыздығы
тау жынысын жинау, тасымалдау, көтеру жұмыстарын есептеу кезінде қолданылады.
Тау жынысының тау-кен техникалық қасиеттері
Беріктілік шегі –тау жынысының бұзылуы басталатын кернеудің критикалық мәні.
Беріктілік шегі тау жынысының кеуектілігіне, құрылымына, минералдық құрамына
байланысты. Қысуға, созуға, ығыстыруға беріктілік шегі болып бөлінеді. Созылымға
беріктілік шегі қысымға беріктілік шегінен төмен.
sсоз = 0.1sкыс
Ішкі үйкеліс –деформация кезінде жекелеген дене бөліктерінің салыстырмалы жылжу
кедергісі. Ішкі үйкеліс еселігі үйкеліс күшінің қалыпты жүктеме шамасына қатынасы:
f т = Fт / Pн = tgj
j = arctgf т -ішкі үйкеліс бұрышы деп аталады. Тәжірибелік есептеулерде ішкі үйкеліс
бұрышын тау жынысының қысымға және созылымға беріктілік шегімен анықталады:
( ) ( ) tgj = sк - sсоз / sк + sсоз
немесе бекемдік еселігі бойынша анықтауға болады:
tgj = (f -1)/(f +1)
Бекемділік –тау жынысын өндіріп алуға яғни технологиялық бұзуға қарсылығы. Пр оф.
М.М. Протодьяконов жіктеуі бойынша барлық тау жынысы мен кен 10 категорияға бөлінеді
0,3-20. 1категорияға бекемділігі жоғары f=20 тау жынысы кіреді.
Серпінділік –сырттан әсер ететін күш біткенде тау жынысының бастапқы қалпына қайта
келу қасиеті.
Омырылғыштық –сыртқы күштің әсерінен тау жынысының айтарлықтай деформациясыз
бұзылу қасиеті
Иілімділік- тау жыныстардың сыртқы күштердің әсерінен деформацияланса да жарылмай
пішінін сақтап қалуы.
Тұрақтылық-беті ашылған кезде тау жынысының тепе-теңдік күйін сақтау қабілеті. Бұл
тау жынысының құрылымы мен физика- механикалық қасиеттеріне және оның ішінде пайда
болатын кернеуге байланысты.
Түрлері;
1. Өте тұрақсыз-қазба бүйірі мен төбесін ашық қалдыруға болмайды, бекітпені қажет
етеді.
2. Тұрақсыз-шамалы төбені жалаңаштауға мүмкіндік береді, бірақ бекітпе қажет.
3. Орташа тұрақты- 200 м2 дейінгі ауданды ашық қалдыруға болады, бірақ төбені
бекіту керек.
4. Тұрақты-төбені мен бүйірді үлкенауданға 500м υ дейін ашық қалдыруға болады және
тек қана жекелеген жерлерге бекітпе керек.
5. Өте тұрақты-өте үлкен ауданды 1000 м2дейін ұзақ мерзімге (жыл және ондаған жыл)
бекітпесіз қалдыруға болады.
Жемірлік(абразивность) –аспаппен тау жынысы үйкеліске түскенде тау жынысының оны
тоздыру қасиеті.
Қаттылық-сыртқы механикалық әсерге төзімділігі. Оны Моос шкаласы бойынша
анықтайды. Бұл шкалада ең жұмсақ минерал ретінде талькті алып, оны бір санымен
белгілесе, ең қатты минералға алмаз алынып оны 10 санымен белгілейді.
Кесте 2
Минерал Қаттылық Минерал Қаттылық
Тальк 1 Дала шпаты 6
Гипс 2 Кварц 7
Кальцит 3 Топаз 8
Флюорит 4 Корунд 9
Апатит 5 Алмаз 10
Тәжірибе жүзінде карандаш 1, тырнақ 2-2,5, әйнек 5-5,5, кварц 7 пайдалануға болады.
Бұрғыланғыштық- тау жынысының бұрғы аспабының ұшына қарсыласу қабілеті.
Жарықшақтық - бір бірімен тоғысып жататын әр түрлі жарықтардың жиынтығы.
Өрт қауіптілік-кен мен жанас жыныстардың заттық құрамының тотығу салдарынан тау
жыныстарында өздігінен жануға бейімділік қасиеті.
Сабақ №6
Тәжірибелік жұмыс 1
Тақырып : Массивтегі тау жыныс тығыздығын, үймелі тығыздығын, қопсу
еселігін және кеуектілігін анықтау
Мақсаты: Тау жыныс тығыздығын анықтаудың тәжірибелік дағдысын
қалыптастыру
Тапсырма: Тау жыныс тығыздықтарын есептеу
Бақылау сұрақтары
1. Тау жынысының физикалық көрсеткіштерін ата.