МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯУКРАИНЫ
ДНЕПРОПЕТРОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ГЕОЛОГИИ
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
ВАРИАНТ №1
г. ДНЕПРОПЕТРОВСК
2010г.
Содержание
1. Геология как наука, объекты исследований,ее научные направления
2. Определение МПИ, классификация ПИ поприменению в народном хозяйстве
3. Руды черных и легированных металлов
1. Геология как наука, объекты исследований, ее научныенаправления
Геология — одна из фундаментальных естественных наук, изучающая строение,состав, происхождение и развитие Земли. Она исследует сложные явления ипроцессы, протекающие на ее поверхности и в недрах. Современная геологияопирается на многовековой опыт познания Земли и разнообразные специальныеметоды исследования. В отличие от других наук о Земле, геология занимаетсяисследованием ее недр. Основные задачи геологии состоят в изучении наружнойкаменной оболочки планеты — земной коры и взаимодействующих с ней внешних ивнутренних оболочек Земли внешние — атмосфера, гидросфера, биосфера; внутренние- мантия и ядро.
Объектами непосредственного изучения геологии являются минералы, горныепороды, ископаемые органические остатки, геологические процессы.
Геология тесно связана с другими науками о Земле, например с астрономией,геодезией, географией, биологией. Геология опирается на такие фундаментальныенауки как математика, физика, химия. Геология является синтетической наукой,хотя в то же время распадается на множество взаимосвязанных отраслей, научныхдисциплин, изучающих Землю в разных аспектах и получающих сведения об отдельныхгеологических явлениях и процессах. Так, изучением состава литосферызанимаются: петрология, исследующая магматические и метаморфические породы,литология, изучающая осадочные горные породы, минералогия — наука, изучающаяминералы как природные химические соединения и геохимия — наука о распределениии миграции химических элементов в недрах земли.
Геологические процессы, формирующие рельеф земной поверхности, изучаетдинамическая геология, частью которой являются геотектоника, сейсмология ивулканология.
Раздел геологии, занимающийся изучением истории развития земной коры иЗемли в целом, включает стратиграфию, палеонтологию, региональную геологию иносит название историческая геология.
Есть в геологии науки, имеющие большое практическое значение. Такие, како месторождениях полезных ископаемых, гидрогеология, инженерная геология,геокриология.
В последние десятилетия появились и приобретают все большее значениенауки связанные с исследованием космоса космическая геология, дна морей иокеанов морская геология.
Наряду с этим есть геологические науки, находящиеся на стыке с другимиестественными науками: геофизика, биогеохимия, кристаллохимия, палеоботаника. Ктаковым относятся также геохимия и палеогеография. Наиболее близкая иразносторонняя связь геологии с географией. Для географических наук, таких какландшафтоведение, климатология, гидрология, океанография, более всего важныгеологические науки, изучающие процессы, влияющие на формирование рельефаземной поверхности и историю образования земной коры всей Земли.
В геологии применяют прямые, косвенные, экспериментальные иматематические методы. Прямые — это методы непосредственных наземных идистанционных из тропосферы, космоса изучений состава и строения земной коры.Основной метод это геологическая съемка и картирование. Изучение состава истроения земной коры производится путем изучения естественных обнажений. Это обрывырек, оврагов, склоны гор, искусственных горных выработок, каналы, шурфы,карьеры, шахты и буровые скважины максимальная глубина 3,5 — 4 км в Индии иЮАР, Кольская скважина — 12 км. 262м. В горных районах можно наблюдатьестественные разрезы в долинах рек, вскрывающих толщи горных пород, собранных всложные складки и поднятых при горообразовании с глубин 16 — 20 км. Такимобразом, метод непосредственного наблюдения и исследования слоев горных породприменим лишь к небольшой, самой верхней части земной коры. Лишь ввулканических областях по извергнутой из вулканов лаве и по твердым выбросамможно судить о составе вещества на глубинах 50 — 100 км и больше, где обычнорасполагаются вулканические очаги. Косвенные — геофизические методы, которыеоснованы на изучении естественных и искусственных физических полей Земли,позволяющие исследовать значительные глубины недр.
Различают сейсмические, гравиметрические, электрические,магнитометрические и др. геофизические методы. Из них наиболее важенсейсмический метод, основанный на изучении скорости распространения в Землеупругих колебаний, возникающих при землетрясениях или искусственных взрывах.Эти колебания называются сейсмическими волнами, которые расходятся от очагаземлетрясений. Бывают 2 типа: продольные Vp, возникающие как реакция среды наизменения объема, распространяются в твердых и жидких телах и характеризуютсянаибольшей скоростью, и поперечные волны Vs, представляющие реакцию среды наизменение формы и распространяются только в твердых телах. Скорость движениясейсмических волн в разных горных породах различна и зависит от их упругихсвойств и их плотности. Чем больше упругость среды, тем быстреераспространяются волны. Изучение характера распространения сейсмических волнпозволяет судить о наличии различных оболочек шара с разной упругостью иплотностью.
Экспериментальные исследования направлены на моделирование различныхгеологических процессов и искусственное получение различных минералов и горныхпород. Математические методы в геологии направлены на повышение оперативности,достоверности и ценности геологической информации.
Геология Земли — относительно молода. Все происходящее в недрах нашейпланеты изучено пока еще не полно, существует много тайн и загадок, надкоторыми нужно работать и работать.
2. Определение МПИ, классификация ПИ по применению в народномхозяйстве
Месторождением полезных ископаемыхназывается участок земной коры, в котором в результате геологических процессовпроизошло накопление минерального вещества по количеству, качеству и условиямзалегания пригодного для промышленного использования. Полезные ископаемыебывают газообразными, жидкими и твердыми. К газообразным полезным ископаемымотносятся горючие и благородные газы, к жидким принадлежат нефть, подземные иповерхностные воды. Основная масса полезных ископаемых относится к твердым,которые используются в «сыром» виде гранит, мрамор, глина, для извлечения изних ценных компонентов металлы, в таком случае они называются рудой, могутиспользоваться целиком, но для дальнейшей переработки соли, могут применятьсякристаллы пьезокварц, исландский шпат.
По промышленному использованию иприменению месторождения подразделяют на рудные или металлические, нерудные илинеметаллические, горючие и гидроминеральные. Каждая из этих групп делится наподгруппы. Так, рудные месторождения подразделяются на месторождения черных,цветных, легких, благородный, радиоактивных, редких и рассеянных металлов.Среди нерудных полезных ископаемых выделяют месторождения химического,агрономического, металлургического, технического и строительного минерального сырья.К горючим полезным ископаемым относятся месторождения нефтяные, горючих газов,углей, горючих сланцев и торфа. Гидроминеральные месторождения разделяют наместорождения питьевых вод, технических, бальнеологических и минеральных.
Количество минерального сырья внедрах называется его запасами или ресурсами. Качество минерального сырьяопределяется содержанием в нем ценных и вредных компонентов. Качество многихнеметаллических соединений связано с их физическими и химическими свойствами.Качество горючих полезных ископаемых определяется теплотворной способностью.
Минимальные запасы и содержание ценныхкомпонентов, а также максимально допустимое содержание вредных примесей, при которыхвозможна эксплуатация месторождения, называют промышленными кондициями.
Понятия оместорождении полезных ископаемых, о кондициях не являются строгоопределенными, раз и навсегда заданными. Они изменяются по следующим причинам:
1) исторически, помере изменения потребностей человечества в минеральном сырье: развитиецивилизации сопровождается неуклонным ростом потребления полезных ископаемых,что приводит к тому, что со временем разрабатываются месторождения с более беднымирудами.
2) совершенствованиетехники добычи и технологии переработки минерального сырья.
3) промышленныекондиции неодинаковы для разных природных условий и каждый раз определяются припомощи экономических расчетов.
В зависимости от масштабов проявленияместорождений полезных ископаемых выделяются следующие категории рудоносныхплощадей: провинция, область пояс, бассейн, район узел, поле, месторождение,рудное тело.
К провинциям относяткрупные структурные элементы земной коры, относящиеся к платформам, складчатомупоясу, дну морей и океанов с размещенными в их пределах свойственными имместорождениями.
Областьполезных ископаемых входит составным элементом в провинцию, она характеризуется наборомопределенных по составу и происхождению месторождений полезных ископаемых,приуроченных к тектоническим элементам первого порядка. Вытянутые линейныеобласти, приуроченные к прогибам, глубинным разломам, рифовым системам, называютрудными поясами. Бассейны полезных ископаемых представляют собой областинепрерывного или почти непрерывного распространения пластовых полезныхископаемых.
Руднымрайоном называютместное скопление месторождений в пределах более крупных таксонов провинций,областей, поясов и бассейнов, приуроченное к определенным тектономагматическими литолого-фациальным обстановкам. В случае концентрации серии месторожденийопределенных видов полезных ископаемых к местам пересечения разломов, такойрайон называют рудным узлом.
Рудноеполе представляетсобой небольшой участок земной коры, в пределах которого располагаютсяодновременно образовавшиеся, генетически родственные месторождения иобъединяемые единством геологической структуры.
Руднымтелом называетсялокальное скопление природного минерального сырья, приуроченное к определенномуструктурно-геологическому элементу или их комбинации.
Рудные тела чрезвычайно разнообразны:по форме. Можно выделить лишь главные типы рудных тел: пласты, линзы, жилы,трубы или столбы, штокверки, штоки, тела неправильной формы, гнезда,комбинированные залежи.
Пластами называют плоские тела полезных ископаемых,образующиеся в водных бассейнах синхронно с вмещающими осадочными породами.Метасоматические тела, развивающиеся по отдельным пластам осадочных пород,приобретают характер пастообразных залежей. Различают пласты простые безпрослоев породы и сложные с прослоями породы, крутопадающие, суглами падения более 45о, и полого падающие, с углами падения менее45о.
Линзы представляют собой плоские тела доскообразнойили лентообразной формы.
Жилы- это трещины в горныхпородах, выполненные минеральных веществом, но имеются и метасоматические жилообразныетела. Выделяют следующие элементы жил: зальбанды — контакты жилы с вмещающимипородами; апофизы — ответвления, отходящие от жил в боковые породы. В пределахжил обособляются участки с повышенным содержанием полезных компонентов, ихназываютрудными столбами. По особенностям морфологии среди жил выделяютсячетко видные, камерные, седло видные, лестничные и оперенные.
Трубы,трубки и трубообразные и столбообразные залежи представляют собой удлиненные поодной оси рудные тела. Они часто имеют форму удлиненных, опрокинутых вершинойна глубину конусов.
Время формирования месторожденийвполне соизмеримо с продолжительностью геологических процессов и, прежде всего,временем образования горных пород. Непосредственные определения абсолютноговозраста указывают на то, что рудообразование может протекать в зависимости отгенетической природы и стабильности рудно-металлогенических процессов от тысячдо десятков миллионов лет. В короткие отрезки времени до десятков тысяч летвозникают жильные и штокверковые месторождения, ассоциирующие с гранитоидным и магматизмом.Более длительные эпохи 5 — 10 млн. лет необходимы для формирования осадочныежелезорудные пластов или рудных комплексов расслоенных ультраосновных массивов.
Выделяются четыре уровня глубиныформирования месторождений полезных ископаемые: приповерхностный 0 — 1,5 км, гипабиссальный1,5 — 3,5 км, абиссальный 3,5 — 10 км и ультраабиссальный больше 10 км.
Приповерхностные месторождения представлены: всемитипами экзогенных накоплений, вулканогенными и осадочными рудами. Ихформирование протекало в обстановке обилия кислорода, низких давлений и температур.Для руд характерны голоморфные и мелкозернистые агрегаты.
Гипабиссальныйуровень наиболеебогат разнообразием рудных образований. Здесь локализуются практически всепромышленно-генетические типы эндогенных месторождений. Эта областьпреимущественного развития гидротермальных, скарбовых и магматических врасслоенные интрузия скоплений полезных ископаемые.
Абиссальнаязона беднарудными образованиями. Здесь формируются главным образом альбитит-грейзеновыш,карбонатитовые, пегматитовые и часть магматических месторождений, ассоциирующихс крупными гранитоидными, основными и ультраосновными полутонами.
В ультраабиссальной зонеобразуется небольшая группа метаморфических месторождений дистеновыш, силлиманитовыеи андалузитовые сланцы, рутил, корунд. Кроме того, здесь испытываютзначительные преобразования руды, сформировавшиеся на вышерасположенные в уровнях,прежде всего метаморфизованные месторождения железа и марганца.
Таким образом, в верхней оболочкеземной коры мощностью около 15км рудной сфере концентрация полезные ископаемыенаиболее значительна на приповерхностном и гипабиссальном уровнях. Нижеинтенсивность рудообразования уменьшается и в ультраабиссальной зонепрактически прекращается.
Месторождения полезных ископаемых классифицируются поприменению в народном хозяйстве по технологии использования. Применяется также генетическаяклассификация, в основу которой положены возраст и особенности происхождения;при этом обычно выделяют ресурсы докембрийской, нижнепалеозойской,верхнепалеозойской, мезозойской и кайнозойской геологических эпох.
Месторождения полезных ископаемых классифицируются по технологиииспользования:
1. Топливно-энергетическое сырье нефть,уголь, газ, уран, торф, горючие сланцы.
2. Черные, лимитирующие и тугоплавкиеметаллы железо, хром, марганец, кобальт, никель, вольфрам.
3. Цветные металлы — цинк, алюминий,медь, свинец.
4. Благородные металлы — серебро,золото, металлы платиновой группы.
5. Химическое и агрономическое сырье — фосфориты, апатиты.
Классификация по технологии использования:
1. Топливные ресурсы. Их принято учитыватьпо двум главным категориям — обще геологических и разведанных ресурсов. В целомв мире на долю угля приходится 70-75% всех топливных ресурсов, а остальнаячасть примерно поровну распределяется между нефтью и природным газом.
Уголь широко распространен в земной коре: известно более 3,6 тыс. его бассейнови месторождений, которые в совокупности занимают 15% земной суши.
Нефть распространена в земной коре еще более чем уголь: геологи выявилипримерно 600 нефтегазоносных бассейнов и обследовали около 400 из них. Врезультате реально перспективные на нефть и природный газ территории занимают,по разным оценкам, от 15 до 50 млн. км2. Однако мировые ресурсынефти значительно меньше угольных.
Это относится к обще геологическим ресурсам, оценки которых обычноколеблются в пределах от 250 до 500 млрд. т. Иногда, правда, они поднимаются до800 млрд. т.
Природный газ распространен в природе в свободном состоянии — в видегазовых залежей и месторождений, а также в виде газовых шапок над нефтянымиместорождениями. Используются также газы нефтяных и угольных месторождений.
Обще геологические ресурсы природного газа в различных источникахоцениваются от 300 трлн. м3 до 600 трлн. и выше, но наиболеераспространена оценка в 400 трлн. м3.
Металлические ресурсы рудные также широко распространены в земной коре. Вотличие от топливных, генетически всегда связанных с осадочными отложениями,рудные залежи встречаются в отложениях как осадочного, так и в еще большей мерекристаллического происхождения. Территориально они также нередко образуют целыепояса рудо накопления, иногда такие гигантские, как Альпийско-Гималайский или Тихоокеанский.
Наиболее широко представлены в земной коре руды железа и алюминия.
Бокситы — главное алюминиево содержащее сырье, состоящее в основном изгидроокислов алюминия. Месторождения их находятся в осадочных породах и большейчастью связаны с участками коры выветривания, причем расположенными в пределахтропического и субтропического климатических поясов. Обще геологические ресурсыбокситов обычно оценивают примерно в 250 млрд. т, а разведанные их запасы в 20-30млрд. т. Содержание глинозема в бокситах примерно такое же, как железа вжелезных рудах, поэтому запасы бокситов, как и запасы железных руд всегдаоценивают по руде, а не по ее полезному компоненту.
2. Технические ресурсы, строительные материалы.Песок, глина, щебень
Полезные ископаемые это богатство природы, которые человечествоиспользует для удовлетворения своих потребностей. Ресурсы расположенынеравномерно, и запасы их неодинаковы, поэтому отдельные страны имеют различнуюресурсо-обеспеченность.
В мире существует различные классификации полезных ископаемых: по времениобразования; по техническому использованию и один и тот же компонент можетодновременно входить в разные классификации.
3. Руды черных и легированных металлов
Руды черных металлов входит в состав всех как изверженных, так иосадочных горных пород, но под названием черных руд понимают такие скопленияжелезистых соединений, из которых в больших размерах и с выгодой вэкономическом отношении может быть получаемо металлическое железо. Железныеруды встречаются лишь на ограниченных пространствах и только в известныхместностях. По химическому составу представляют собой окиси, гидраты окисей иуглекислые соли закиси железа, встречаются в природе в виде разнообразныхрудных минералов, из которых главнейшие: магнитный железняк или магнетит,железный блеск и плотная его разновидность красный железняк, бурый железняк, ккоторому относятся болотные и озерные руды, наконец, железняк в егоразновидность сферосидерит. Обыкновенно каждое скопление названных рудныхминералов представляет смесь их, иногда весьма тесную, с другими минералами, несодержащими железа, как, например, с глиной, известняком или даже с составнымичастями кристаллических изверженных пород. Иногда в одном и том же месторождениивстречаются некоторые из этих минералов совместно, хотя в большинстве случаевпреобладает какой-нибудь один, а другие связаны с ним генетически.
Начало применения железа относится к ІІІ тысячелетию до н.э., когда люди из метеоритов делалиорудия труда и охоты, украшения. В I тысячелетии до н.э. люди начали выплавлятьжелезо из руд, на смену бронзовому веку пришел век железа. С развитиемметаллургии бурые железняки начали плавить в домнах сначала на древесном угле,а с ХIХ в. на каменном угле и коксе. Из чугуна научились выплавлять сталь. А вХХ в. и высококачественные легированные стали путем добавок марганца, хрома,титана, никеля, кобальта, ванадия, вольфрама, молибдена, ниобия, тантала.
К легирующим металлам относятся: марганец, хром, титан, ванадий, никель,кобальт, молибден, вольфрам в основном применяются как легирующие добавки дляизготовления легированных сталей.
Марганец
Марганцевые руды использовались с конца XVIII в. для изготовления красок и медицинских препаратов.В связи с развитием черной металлургии марганцевые руды начали широкоприменяться со второй половины XIX в.
В настоящее время металлургия является главным потребителем марганца.Добавка марганца повышает вязкость стали, ее твердость и ковкость, способствуетпереходу в шлак многих вредных примесей. В небольших количествах марганециспользуется в электротехнической, химической и керамической промышленности.
Хром
Хромо содержащие руды были впервые выявлены на Урале в 1799 году. Вначале XIX в. они использовались в качестве огнеупорного материала для футеровкиметаллургических печей, получения красок и дубителей кожи. В конце XIX в. хромначал широко использоваться в качестве легирующего металла. В настоящее времяосновным потребителем хромо содержащих руд является металлургическаяпромышленность 65%, остальные используются в огнеупорной и химическойпромышленности. Хром применяют для производства нержавеющих, жаропрочных,кислотоупорных, инструментальных и других сталей.
Титан
Титан был открыт в 1791 году, но применяться начал лишь с середины XX в.Свойства титана уникальны: температура плавления 17250.
Титан отличается высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Титановыесплавы, отличающиеся высокой прочностью, ковкостью и свариваемостью,применяются в космической технике, авиационной, автомобильной,судостроительной, пищевой и медицинской отраслях промышленности. Карбид титанаприменяется для изготовления сверхтвердых сплавов, двуокись титана дляпроизводства стойких титановых белил, пластмасс и в целлюлозно-бумажнойпромышленности.
Ванадий
Ванадий был открыт в 1801г., используется с начала XX в. для легированиячугуна и стали. Он повышает твердость, упругость, износоустойчивость исопротивление разрыву. Титано ванадиевые сплавы применяются для изготовленияреактивных самолетов и космической техники. Известны также сплавы V с Cu, Ta,Nb, Zr, Ni, Co, Al и Mg. В химической промышленности ванадий применяется вкачестве катализатора при крекинге нефти, производстве красок, каучука.
Никель
Никель известен с глубокой древности, но промышленное производствоначалось в первой половине XIX в. Никель используется для покрытияметаллических изделий для придания им высокой химической и термическойстойкости. Добавка к сталям повышает их вязкость, упругость, антикоррозионныесвойства. Применяются также сплавы Ni с Cu, Zn, Al, Cr, монетный сплав содержит75% Cu + 25% Ni.
Кобальт
Кобальтовые краски использовались в глубокой древности. Металлическийкобальт впервые получен в 1735г. Резкое возрастание потребления кобальтаотносится к началу XX в. В настоящее время свыше 40% Co используется дляпроизводства сплавов и супер сплавов, сверхтвердых сплавов Co с Ni, Fe, Cr, W,Mo.
Молибден
Молибден был открыт в 1778г., но широкое применение в промышленности оннашел только в XX в. Свыше 80% всего добываемого молибдена используется вметаллургической промышленности в основном для легирования сталей и получениясупер сплавов. Молибденовые стали приобретают высокую твердость, вязкость,тугоплавкость, кислотоупорность и ряд других ценных свойств. Металлическиймолибден используется в производстве электроламп, электровакуумных приборов.Кроме этого он употребляется в химической, нефтеперерабатывающей, керамической,стекольной и других отраслях промышленности.
Вольфрам
Вольфрам в виде соединения WO3 был открыт в 1781 г, апромышленное использование его для легирования сталей началось с конца XIX в.Вольфрам применяется в производстве специальных сталей, присадка вольфрама кстали повышает ее твердость, прочность, тугоплавкость, это быстрорежущие,инструментальные, броневые стали, используемые в изготовлении оружия иснарядов. Вольфрам в сочетании с Cr, Ni, Co используется для изготовленияжаропрочных и сверхтвердых сплавов – победитов, карбидов, боридов.
Список использованной литературы
1. Пешковский Л.М., Перескокова Т.М.Инженерная геология 1982г.
2. КононовВ.М., Крысенко А.М., Швец В.М.Основы геологии гидрогеологии и инженерной геологии, М. 1978г.
3. Белевцев Я.Н. Железный пояс Земли1987г.
4. Красулин В.С. Справочниктехника-геолога 1986г.
5. Цытович Н.А.Механика грунтов 1983г.
6. Альбомов М.Н. Рудная геология 1973г.
7. Аристов В.В. Поиск и разведкаместорождений полезных ископаемых 1989г.