工程地质学 2-岩石的成因类型及其工程地质特征

工程地质engineeringgeology第二章岩石的成因类型及其工程地质特征退出■地球的总体特性第二章岩石的成因类型及其工程地质特征地球是一个不标准的球体：赤道半径6378.4KM，两极半径6365.9KM。陆地面积占29.2%，海洋占70.8%。■地球的内部构造内圈：地壳(crust)、地幔(mantle)、地核(core)地壳：位于莫霍面以上的部分。岩石组成。平均厚度为33km，上层叫硅铝层、下层叫硅镁层。地幔：莫霍面以下、古登堡面以上的部分。地核：古登堡面以下至地心的部分。分为外核和内核。§2-1主要造岩矿物2.1.1矿物的基本概念矿物是存在于地壳中具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物。晶体：元素质点在矿物内部三维空间成周期性重复排列。多数矿物是晶体。矿物仅在条件适宜时，才会形成规则的几何外形。岩石(rock)：在地质作用下产生的由一种或多种矿物组合而成的矿物集合体。决定于化学成分和内部构造。2.1.2矿物的物理性质■主要物理性质：包括：颜色、光泽、硬度、解理、断口。1.颜色是矿物最直观的一种性质。按成因，分：自色、他色、假色。⑴自色深色矿物：含铁、锰多的矿物→灰绿、褐绿、黑绿、黑色。如：黑云母（黑色）、角闪石（绿黑色、黑色）、辉石（黑绿色、黑色）、橄榄石（浅黄绿、橄榄绿色）hornblende（角闪石）Pyroxene（辉石）橄榄石黑云母浅色矿物：含硅、铝、钙多的矿物→白色、灰白、淡红、淡黄。如：石英（乳白、无色）、斜长石（灰白色）、方解石（白色、无色）石英斜长石方解石如：石英，含锰后呈现紫色、含碳后呈现黑色。他色：矿物混入杂质引起。由于他色不固定，不能用他色来鉴定矿物。如：方解石，因杂质渗入而常呈白、黄、浅红、绿、蓝等色。如：方解石（解理面的彩虹）、斑铜矿（表面班驳的蓝色、紫色）假色：由矿物内部的裂隙或表面氧化薄膜对光的折射、散射引起。2.光泽矿物表面的反光能力。按强弱程度，分：金属光泽、半金属光泽、非金属光泽。金属光泽：反射很强，象光亮的金属器皿。如：方铅矿、黄铁矿。半金属光泽：反射强。如：磁铁矿、赤铁矿。非金属光泽：造岩矿物绝大部分属于非金属光泽。黄铁矿金属光泽闪锌矿半金属光泽方铅矿反射弱，似普通玻璃。如长石、方解石。⑴玻璃光泽柔和多彩。如云母。⑵珍珠光泽纤维状鳞片状。如石棉、石膏、绢云母⑶丝绢光泽表面不平，散射。如石英断口。⑷油脂光泽象石蜡表面。如滑石、蛇纹石。⑸蜡状光泽暗淡如土块。如高岭石。⑹土状光泽⑴玻璃光泽斜长石方解石⑵珍珠光泽云母石膏⑶丝绢光泽⑹土状光泽高岭石⑷油脂光泽石英滑石⑸蜡状光泽矿物颜色与条痕不一定相同。如：黄铁矿——黄色，条痕为黑色。赤铁矿——赤红、铁黑、钢灰，条痕为樱红色。※条痕：矿物在白色无釉瓷板上滑擦时粉末的颜色。以上共同构成矿物的光学性质颜色光泽条痕矿物对外力作用（刻划、压入、研磨）的抵抗能力。相对硬度→两种矿物对刻硬度对比标准→摩氏硬度计(见下页)大部分造岩矿物——2～6.5野外工作,常用:指甲——2～2.5铁刀刃——3～5.5玻璃——5～5.5钢刀刃——6～6.5鉴别硬度，应在新鲜晶面或解理面3.硬度指甲刻画石膏晶体表面测定其硬度，可知约为2－2.56.正长石小刀划时勉强留下刻痕,能刻划玻璃7.石英小刀不能划8.黄玉能割开玻璃,难于刻划石英9.刚玉能刻划石英10.金刚石能刻划石英1.滑石软铅笔划留下条痕,指甲容易刻划2.石膏指甲可刻划3.方解石黄铜线划可留下条痕,小刀很易刻划4.萤石小刀可刻划5.磷灰石小刀划时可留下明显划痕,不能刻划玻璃摩氏硬度计如：锯齿状、贝壳状。4.解理、断口解理：矿物受外力作用后沿一定方向破裂成光滑平面的性质。断口：矿物受外力作用后无规则的不具方向性的破裂矿物晶质不同→解理数目→→完全程度→一方向,云母二方向,长石三方向,方解石极完全,云母完全,方解石中等,正长石不完全,磷灰石云母,一方向,极完全方解石,三方向,完全正长石,二方向,中等橄榄石,无解理石盐的三组近直交解理解理和断口是互为消长的。硬度、解理、断口等属于力学性质。其它密度、弹性、磁性、导电性等等。如：滑石的滑腻感，方解石遇盐酸起泡，石墨染手、等。2.1.3常见的主要造岩矿物3000多种，主要造岩矿物数十种。矿物的鉴定：形状光学力学其它方解石方铅矿橄榄石辉石角闪石斜长石正长石石英云母黄铜矿常见的主要造岩矿物赤铁矿褐铁矿磁铁矿白云石高岭土红柱石§2-2岩石按成因igneousrock（岩浆岩）(magmarock)岩浆作用sedimentaryrock（沉积岩）外力地质作用metamorphicrock（变质岩）变质作用岩石按体积，地壳的64.7%为岩浆岩、27.4%为变质岩、7.9%为沉积岩；按表面积，陆地表面的75%和几乎全部洋底为沉积岩。火山1、概述定义：由岩浆冷凝、固结而成的岩石。依冷凝时地质环境不同，分三类：⑴深成岩：岩浆侵入地壳某深处（约距地表3km）冷凝而成的岩石。压力、温度高，降温慢，结晶良好。⑵浅成岩：岩浆沿地壳裂缝上升距地表较浅处冷凝而成的岩石。压力小，降温快，结晶较细小。⑶喷出岩：岩浆沿地表裂缝一直上升喷出地表。在地表的条件下，温度降低迅速，矿物来不及结晶或结晶较差。2.2.1岩浆岩（火成岩）岩浆岩产状：岩体的大小、形状、深度、与围岩的关系侵入岩——岩基、岩株、岩脉、岩盘、岩床等；喷出岩——火山锥和熔岩流等。Batholith岩基Captivemass俘虏体laccolith岩盘岩墙Rockwall岩株Volcanoneck火山颈Lavaflow熔岩流Sill岩床浅色矿物（硅铝质）：石英、正长石、斜长石、白云母等深色矿物（铁镁质）：黑云母、角闪石、辉石、橄榄石等按SiO2含量，分：2、矿物成分及分类SiO2的百分含量45％52％65％岩浆岩的类型超基性岩矿物成分以橄榄石、辉石为主，其次有角闪石，岩石颜色深，比重大基性岩矿物成分以斜长石、辉石为主，少量角闪石和橄榄石，岩石颜色深，比重较大中性岩矿物成分以正长石、斜长石、角闪石为主，少量黑云母和辉石，岩石颜色较深，比重较大酸性岩矿物成分以石英、正长石为主，少量黑云母和角闪石，岩石颜色浅，比重轻组成岩石的矿物的结晶程度、大小、形状、结合情况。按结晶程度，分：⑴全晶质结构—全部，多见于深成岩、浅成岩；似斑状结构（相对大小悬殊）⑵半晶质结构—结晶质矿物、玻璃质，多见于浅成岩和喷出岩；斑状结构（较大晶体在较细物质中）⑶非晶质结构(玻璃质结构)—由没有结晶的物质组成，喷出岩结构3、结构粗粒结构微粒结构半晶质结构（斑状结构）玻璃质指矿物在岩石中的组合方式、空间分布。⑴块状构造：分布杂乱、无定向排列。致密。深成岩中分布最广。如：花岗岩。⑵流纹状构造：条纹、拉长气孔等定向排列。喷出岩。如：流纹岩。⑶气孔状构造：气孔、空洞。喷出岩。如：玄武岩。⑷杏仁构造：气孔为后期矿物（方解石、石英）充填。喷出岩。如：玄武岩、安山岩、辉绿岩。4、构造⑴酸性岩类—主要矿物为石英和正长石。①花岗岩：深成侵入岩。肉红色、灰色、灰白色。次要矿物为黑云母、角闪石等全晶质等粒结构。块状构造。②花岗斑岩：浅成侵入岩。成分与花岗岩同。斑状结构。斑晶为长石或石英。③流纹岩：喷出岩。灰白、紫灰、浅黄褐色。隐晶质斑状结构。斑晶为长石或石英，基质为玻璃体。5、常见岩浆岩⑵中性岩类—主要矿物为正长石。①正长岩：深成侵入岩。肉红色、浅灰、浅黄色。次要矿物为黑云母和角闪石。全晶质等粒结构。块状构造。②正长斑岩：浅成侵入岩。棕灰、浅红褐色。斑状结构。斑晶主要是正长石。③粗面岩：喷出岩。浅灰、浅灰黄和淡红等色。斑状结构，斑晶主要为正长石，基质为隐晶质。④闪长岩：深成侵入岩。灰白、深灰、黑灰色。主要矿物是斜长石、角闪石，其次有黑云母、辉石。全晶质等粒结构。块状构造。⑤安山岩：喷出岩。灰色、紫色、灰紫色。斑状结构，斑晶为斜长石。气孔状、杏仁构造。⑶基性岩类—主要矿物为斜长石、辉石。①辉长岩：深成侵入岩。灰黑至黑色。其次有橄榄石、角闪石和黑云母。全晶质等粒结构。块状构造。②辉绿岩：浅成侵入岩。灰绿、黑绿色。成分与辉长岩相似。斑状结构。③玄武岩：喷出岩。灰黑至黑色。成分与辉长岩相似，呈隐晶质细粒或斑状结构。气孔或杏仁构造。⑷超基性岩类—主要矿物为橄榄石、辉石。①橄榄岩：深成侵入岩。深绿色。主要矿物：橄榄石，辉石，其次有角闪石、黑云母。全晶质结构。块状构造。2.2.2沉积岩1、概述定义：在地表或接近地表的常温常压环境下，由母岩的风化剥蚀产物和生物遗体经搬运、沉积、固结等作用过程所形成的岩石。形成过程：地质作用的过程，分4阶段：风化剥蚀→搬运→沉积→硬结成岩分布：主要分布于地表，约占陆地表面的75％物质组成：⑴碎屑物质：如石英、长石、白云母等。⑵粘土矿物：如高岭石、微晶高岭石、白云母等。⑶化学沉积矿物：如方解石、白云石、石膏、石盐、铁、锰的氧化物或氢氧化物。⑷有机及生物残骸：如泥炭等。分类：⑴碎屑岩类：①沉积碎屑岩，如砾岩、砂岩及粉砂岩等；②火山碎屑岩，如火山角砾岩、凝灰岩等。⑵粘土岩类：如泥岩、页岩。⑶化学及生物化学岩类：主要由方解石、白云石等硅酸盐类的矿物及部分有机物组成的岩石，如石灰岩、白云岩等。2、物质组成和分类⑴碎屑结构：按粒径，又可分砾状结构d＞2mm砂质结构d2-0.05mm粉砂质结构d0.05－0.005mm⑵泥质结构：d＜0.005mm。泥岩、页岩。⑶结晶结构：溶液中沉淀或经重结晶所形成的结构。如石灰岩、白云岩。⑷生物结构：生物遗体或碎片组成，如珊瑚、贝壳结构等。3、结构沉积岩的结构特征砂粒孔隙胶结物砂粒粘粒粉粒砾状结构泥质结构结晶结构生物结构4、构造层理构造：水平层理斜层理交错层理层面构造有：波痕雨痕泥裂水平层理交错层理泥裂波痕5、常见沉积岩碎屑岩类火山碎屑岩火山角砾岩砾岩砂岩粉砂岩沉积碎屑岩页岩粘土岩类泥岩竹页状石灰岩石灰岩（灰岩）白云岩化学及生物化学岩类定义：原来的岩石（岩浆岩、沉积岩、变质岩），在地壳中受高温、高压及新化学成分加入的影响，在固态下发生矿物成分及结构构造变化后形成的新的岩石。矿物成分：原有矿物：石英、长石、云母、角闪石、辉石、方解石、白云石变质矿物：石榴石、滑石、绿泥石、蛇纹石根据变质岩特有的变质矿物，可把变质岩与其它岩石区别开来。1、概述2.2.3变质岩结构：基本都是结晶结构。一般称“变晶结构”，如果变质作用进行得不彻底，在形成的变质岩中还残留有变质前原来岩石得结构特征时，称为“变余结构”。构造：片理构造、块状构造。典型的片理构造有：2、变质岩结构和构造⑴板状构造：片状矿物平行排列平整板状。如板岩。⑵千枚状构造：绢云母细鳞片平行排列。丝娟光泽，如千枚岩。⑶片状构造：片状矿物平行排列薄层片状。光泽强，如云母片岩。⑷片麻状构造：粒状矿物条带状分布。片状、柱状相间。如片麻岩。块状构造：粒状矿物致密排列，无明显定向。如大理岩、石英岩。板状构造（板岩）片麻状构造（片麻岩）千枚状构造（千枚岩）片状构造（片岩）3、常见变质岩片麻岩片岩千枚岩片理状块状大理岩含石榴子石石英岩包括：相对年代——地质事件先后次序。绝对年代——地质时间至今年龄(同位素)。在地质工作中，一般以应用相对地质年代为主。§2-3地质年代及其特征2.3.1地质年代1、岩层相对地质年代确定方法沉积岩⑴地层对比法：沉积岩的原始沉积总是一层一层叠置起来的，它们存在着下伏沉积一定早于上覆沉积的相对新老关系。新老⑵地层接触关系法：相邻的新老地层产状不一致，地层时代不连续。不整合接触。不整合接触面以下的岩层先沉积，年代老；不整合接触面以上的岩层后沉积，年代新。⑶岩性对比法：一定区域内同一时期形成的岩层，其岩性特点基本上是一致的或近似的。只适用于一定地区。⑷古生物化石法：时代老的岩层中生物化石相对较简单、低级；时代新的岩层中生物化石相对较复杂、高级。5亿年前3亿年前4亿年前2-3百万年前1亿年前2亿年前岩浆岩相对地质年代确定方法⑴侵入接触：岩浆侵入体侵入沉积岩层之中，使围岩发生变质现象，说明岩浆侵入体的形成年代，晚于发生变质的沉积岩层的地质年代。⑵沉积接触：岩浆岩先形成，长期风化剥蚀，后在剥蚀面上产生新的