工程地质1

上节回顾•工程地质学的定义•工程地质学在土木工程的作用•工程地质学的任务•工程地质学的研究方法•工程地质条件和问题第1章地壳及物质组成地球具有层圈构造，地壳是固体地球最外部的层圈。塑造地壳面貌的自然作用称地质作用。元素、矿物、岩石是组成地壳的基本单位。火成岩是岩浆作用的产物，沉积岩是外力地质作用的产物，变质岩是变质作用的产物。它们都有各不相同的矿物成分、结构构造特性和代表性岩石。第1章地壳及物质组成§1.1地球的总体特征§1.2矿物§1.3岩浆岩§1.4沉积岩§1.5变质岩§1.6岩石的工程地质性质§1.1地球的总体特征地球赤道半径两极半径地球表面参差起伏,大约70%海域,30%陆地地球的层圈构造外部层圈（大气圈，水圈，生物圈）固体地球―――内部层圈(地壳，地幔，地核)§2.1地壳是固体地球的外部层圈地壳：密度2.7～2.9g/cm3岩石组成大陆地壳（陆壳）厚度大，35km大洋地壳（洋壳）厚度小，7～8km地球的层圈构造地幔：密度3.32～4.64g/cm3由含铁、镁的硅酸盐物质组成，分布在地壳以下到2900km深处地核：密度11～16g/cm3由Fe、Ni组成，由液态外核，固态内核组成，分布在地幔以下直到地心地球地球内部弹性波速度分布§1.1地球的总体特征软流圈(地幔顶部)――塑性流动地球的层圈构造岩石圈（软流圈上部）――板块――板块运动岩石圈软流圈上地幔陆壳洋壳§1.1地球的总体特征地球46亿年历史，其面貌在逐渐变化地质作用――塑造地壳面貌的自然作用按地质灾害成因分：物理地质作用(自然地质作用)、工程地质作用(人为地质作用)物理地质作用按动力来源分：内力地质作用、外力地质作用地质作用§1.1地球的总体特征物理地质作用（自然地质作用）内力地质作用动力――地球本身、地球内部地质作用构造运动岩浆作用变质作用地震地质历史中和现代的秦岭造山作用印度-欧亚板块的碰撞，青藏高原的隆起与第四纪以来的环境变迁§1.1地球的总体特征物理地质作用（自然地质作用）外力地质作用――太阳辐射引起，地壳表面地质作用风化作用剥蚀作用搬运作用沉积作用固结成岩作用—沉积岩§1.1地球的总体特征工程地质作用（人为地质作用）――人类活动引起的地质效应例如:地质作用采矿开采石油天然气地下水兴建水利工程§1.2矿物矿物—天然产生的均匀固体各种地质作用的产物，是岩石的基本组成部分矿物具有一定的化学成分绝大多数矿物具有确定的内部结构—内部原子或离子在三维空间成周期性重复排列—晶体主要造岩矿物—在岩石中经常见到，明显影响岩石性质，对鉴定和区别岩石种类起重要作用的矿物（约20种）。§1.2矿物绝大多数矿物是晶体，具有特定的晶体结构单个晶体的形态—晶体习性：针状，柱状，粒状，板状，片状等（图2.3）（多个晶体）集合体的特征形态：粒状集合体、针状集合体、鳞片状集合体等。特殊形态：放射柱状、钟乳状、晶腺体（图2.4-2.6）矿物的形态一、矿物的形态及主要物理性质（一）矿物的分类结晶质矿物非结晶质矿物玻璃质矿物胶体质矿物结晶质矿物架状结构（长石的结构）链状结构（角闪石的结构）结晶质矿物层状结构（白云母的结构）结晶质矿物（二）矿物的形态单体形态集合体形态显晶集合体隐晶、胶态集合体①片状、鳞片状，如云母、绿泥石等。单体形态片状鳞片状白云母可用作绝缘材料；黑云母可用作高温防护眼镜的镜片。②板状；斜长石石膏③柱状；绿柱石角闪石④立方体状；黄铁矿⑤菱面体状；方解石白云石⑥菱形十二面体状。黄铁矿石榴子石针状另外还有多面体状和针状等。多面体状柱状集合体针状集合体金红石显晶集合体板状集合体片状集合体赤铁矿显晶集合体板状集合体片状集合体赤铁矿显晶集合体纤维状石膏粒状毛发状显晶集合体晶腺玛瑙树枝状集合体自然金放射状集合体金红石晶簇石英显晶集合体豆状赤铁矿肾状赤铁矿鲕状赤铁矿结核状隐晶及胶态集合体钟乳状土状葡萄状隐晶及胶态集合体鸡冠状，白铁矿独有花瓣状石膏束禾状，束沸石独有隐晶及胶态集合体§1.2矿物颜色和条痕矿物的物理性质颜色：矿物对光线吸收和反射的物理性能颜色：自色：（矿物的化学成分和晶体结构所组成的）矿物的本身的颜色他色：某些杂质引起的颜色石英矿物的光学性质颜色是矿物对光线吸收和反射的物理性能。条痕是指矿物粉末的颜色。光泽矿物表面对光的反射能力。透明度矿物透光能力的大小。矿物的颜色自然金（黄）闪锌矿（橙）辰砂（红）滑石（绿）矿物的颜色锡石（黑）刚玉（紫）蓝铜矿（蓝）天青石（青）自色他色石英的异常色彩石英的异常色彩假色条痕：矿物粉末的颜色。一般是把矿物在白色无釉瓷板上（条痕板）擦划来观察擦下来的粉末的颜色赤铁矿(樱红色)/黄铁矿（绿黑色）各种条痕条痕是指矿物粉末的颜色，条痕的颜色是唯一的。光泽——矿物表面对光的反射能力。半金属光泽金属光泽金属光泽半金属光泽非金属光泽金刚光泽玻璃光泽油脂光泽珍珠光泽丝绢光泽土状光泽非金属光泽透明度——矿物透光能力的大小。透明矿物半透明矿物不透明矿物玻璃光泽油脂光泽金刚光泽透明至半透明半透明矿物不透明矿物多数造岩矿物金属光泽半金属光泽如黄铁矿、方铅矿等。（四）矿物的力学性质硬度矿物的硬度是指矿物抵抗外力刻划的能力。解理矿物被敲打后，沿一定方向规则破裂的性质断口完全不具有解理性的矿物，在锤击后沿任意方向发生不规则断裂，其断裂面称为断口。摩氏硬度计滑石1正长石6石膏2石英7方解石3黄玉8萤石4刚玉9磷灰石5金刚石10低碳钢小刀硬度5.25～5.50°指甲硬度2.0～2.5°玻璃片硬度5.50～6.50°矿物被敲打后，沿一定方向规则破裂的性质，叫做解理。根据矿物产生解理性能强弱程度的不同，一般将解理分为：极完全解理完全解理中等解理不完全解理极不完全解理矿物在外力作用下极易裂成薄片。解理面光滑、平整，很难发生断口。如云母等。云母（一组解理）极完全解理(eminentcleaving)在外力作用下，很易沿解理方向裂成平面（不成薄片）。解理面平滑，较难发生断口。如方解石、方铅矿、萤石等。方解石（三组解理）完全解理(perfectcleaving)在外力作用下，可以沿着解理方向裂成平面。解理面不太平滑，易出现断口。如白钨矿、普通辉石等。中等解理(goodorfaircleaving)矿物在外力作用下，不容易裂出解理面。解理面不平整，容易成为断口。如磷灰石等。不完全解理(imperfectcleaving)矿物受外力的作用后，极难出现解理面。在碎块上常为断口。如石英、石榴子石等。极不完全解理(cleavageintraces)贝壳状断口断口——完全不具有解理性的矿物，在锤击后沿任意方向产生的不规则断裂面。贝壳状断口贝壳状断口参差状断口平坦状断口锯齿状断口土状断口二、主要造岩矿物及其鉴定特征序号名称及化学成分形状颜色解理与断口硬度鉴定特征图片1石英SiO2六方柱块状无色乳白无贝壳状7无色硬度很大，无解理，贝壳断口，油脂光泽2正长石KALSi3O8柱状薄板状肉红灰白两组一组完全，一组中等6肉红色粗短柱状两向正交解理3斜长石（Na,Ca）ALSi3O8板状短柱状灰白两组一组完全，一组中等6灰白色板状两向斜交解理序号名称及化学成分形状颜色解理与断口硬度鉴定特征图片4白云母片状无色白单向极完全2.5~3无色，白色薄片有弹性5黑云母片状黑棕黑单向极完全2.5~3深色，薄片有弹性，一组极完全解理6角闪石长柱状深绿至黑色两组完全6绿黑色，长柱状7辉石短柱状粒状绿黑至黑色两组完全6绿黑或黑色，短柱状序号名称及化学成分形状颜色解理与断口硬度鉴定特征图片8橄榄石(Mg,Fe)2SiO4粒状集合体橄榄绿无，贝壳状6.5~7橄榄绿色，粒状集合体9方解石CaCO3菱面体，块体白，褐红三组完全3菱形块体与HCl剧烈反应10白云石(Mg,Ca)CO3菱面体，块体灰白三组完全3.5~4菱形块体与HCl微反应11硬石膏板状，柱状无色，灰白三组完全3~3.5灰白，三组完全解理面，遇水膨胀序号名称及化学成分形状颜色解理与断口硬度鉴定特征图片12石膏CaSO4·2H2O板状，纤维状无色，灰白单向完全1.5~2板状或纤维状，一组完全解理13滑石Mg3Si4O10(OH)2块状，鳞片状灰白，淡红单向完全1浅灰色，有滑感，性软14绿泥石(Mg,Fe)5Al(AlSi3O10)(OH)8鳞片状集合体深绿单向完全2~2.5深绿，鳞片状集合体，薄片有挠性序号名称及化学成分形状颜色解理与断口硬度鉴定特征图片15高岭石Al4Si4O10(OH)8鳞片状土状白灰黄单向完全1~3性软，粘舌，有可塑性16伊利石KAl5Si7O20(OH)4鳞片状土状白浅黄等单向完全1性软，有可塑性17蒙脱石Al4Si8O20(OH)4土状白浅红等单向完全1~2性软，滑腻，吸水膨胀序号名称及化学成分形状颜色解理与断口硬度鉴定特征图片18赤铁矿Fe2O3块状，鲕状红褐，铁黑无，土状5.5~6红褐至铁黑色，条痕缨红色19蛇纹石Mg6Si4O10(OH)8块状，纤维状黄绿至黑色无，贝壳状3~3.5绿黑，深绿，有斑状色纹似蛇皮20磷灰石Ca5(PO4)3(F,Cl)针状六面柱体白，绿不完全5灰白色，呈多种集合形态有一些矿物具有特殊的性质，也是有用的鉴定标志，如：云母薄片——弹性；方解石——可溶性；滑石——滑感；高岭石——吸水性(粘舌)。鉴定时：先观察颜色↓然后鉴定硬度↓最后观察解理、断口及其它特征确定出矿物的名称§1.2矿物密度矿物的物理性质变化幅度大分轻、中等、重三级。中等（2.5-4）弹性、挠曲、延展性弹性—弯曲，恢复挠曲—弯曲不能恢复延展性—能锤击成薄片或拉长成细丝的特性§1.2矿物常见矿物自然界产生的矿物—3000种主要造岩矿物（常见矿物）—化学成分：硅酸盐、氧化物、硫化物、卤化物、碳酸盐等§1.2矿物常见矿物黄铁矿、石英、赤铁矿、褐铁矿、方解石、白云石、石膏、橄榄石、辉石、角闪石、斜长石、正长石、白云母、黑云母、绿泥石、蛇纹石、石榴子石、滑石、高岭石、蒙脱石图示实验注意事项•鉴定矿物的方法很多，有差热分析法、光谱分析法和显微镜鉴别法等，而在野外一般采用肉眼鉴定法，是其他鉴定方法的基础•肉眼鉴定是借助肉眼和简单工具(放大镜、小刀、条痕板、磁铁、稀盐酸等)•一般先从形态入手，再观察光学性质：颜色条痕光泽透明度等，然后观察力学性质：硬度解理或断口，最后是其他特殊性质。光学性质•观察颜色以新鲜面为准，•条痕比矿物颜色稳定，因此是肉眼鉴定矿物的主要标志，对深色矿物往往具有特别的鉴定意义。对于硬度大于6~7的矿物，不易在条痕板上留下条痕，可以不观察；对于必须观察条痕的，而又没有条痕板，可以用小刀刮或者用锤砸成粉末观察光泽也以新鲜面为主，注意应在同一光强下观察，而且要缓慢转动矿物，从不同角度察看。力学性质•解理一般只在晶体矿物中才可能出现，但又不是所有晶体矿物都出现解理。•断口在晶体矿物和非晶体矿物中均可能发生•其他特殊力学性质：延展性、弹性、挠性……思考题：1.矿物主要的物理性质有哪些？2.最重要的造岩矿物有哪几种？其鉴定特点有哪些？作业题P38思考题下次课到地质标本室参观矿物标本，1班上半节，2班下半节,按照老师指定的描述。§1.3岩浆岩岩石是地壳的基本组成物质，是内、外动力地质作用的产物。岩石是由矿物组成的按形成方式有火成岩（岩浆岩）、沉积岩和变质岩地质作用—岩浆作用、外力地质作用、变质作用花岗岩（侵入岩）闪长岩（侵入岩）流纹岩（喷出岩）玄武岩（喷出岩）常见岩浆岩§1.3岩浆岩一、岩浆岩的形成过程二、岩浆岩的地质特性三、岩浆岩分类及常见岩浆岩的鉴定特征壮观的火山喷发壮观的火山喷发一、岩浆岩的形成过程岩浆地壳下面存在着的处于高温高压下的，以硅酸盐为主的熔融状态的物质。岩浆岩岩浆沿着地壳薄弱带侵入地表或喷出地表，随着温度降低，最终冷凝而成的岩石。基本概念岩浆作用受地壳运动的影响，岩浆沿着地壳中薄弱、开裂的地带向地表方向运动的作用侵入作用岩浆上升未达地表，在地壳中逐渐冷凝的作用喷出作用岩浆上升，冲出地表而冷凝的作用岩浆岩的基本类型侵入作用侵入岩喷出岩深成岩（＞3km）一般具有粗粒结构浅成岩（≤3km）一般具有中粒结构一般为细粒结构、微晶结构或隐