工程地质学课件1

第二章岩石及其工程地质性质第二节造岩矿物第三节岩浆岩第四节沉积岩第五节变质岩第六节岩石的工程地质性质第一节地球的特性及构造1/40第一节地球的构造地球内圈：莫霍面古登堡面地核地幔地壳2/40地壳(crust)：由固体岩石构成,一般厚15-20km，平均厚度16km。分硅铝层(花岗岩层)和硅镁层(玄武岩层)。大陆地壳平均厚度30-35km，大洋地壳厚度较薄，平均仅5-8km，一般缺乏硅铝层，硅镁层直接出露于洋底。莫霍面是1909年南斯拉夫学者莫霍洛维奇发现的。古登堡面是美国学者B.古登堡1914年发现的。3/40地幔(mantle)：上地幔60-250km，是熔融状态物质,一般认为可能就是岩浆的发源地；下地幔650-2900km，下地幔主要是由铁镁氧化物和硫化物组成。地壳运动主要起因于地幔物质的对流。地核(core)：由比重较大的铁镍合金组成，平均密度大于10g/cm³。外核2900-4170km，是液态的,5155km至地心为内核，为铁镍金属氧化物和硫化物。4170-5155km为过渡带。4/40地球外圈：生物圈水圈大气圈5/40大气圈(atmosphere)：是地球以外的空间,它提供生物需要的CO2和O2,对地貌形态变化起着极大的影响。水圈(hydrosphere)：由大气圈的水蒸气凝结成降雨形成海洋和湖泊沼泽及地下水。水与地表岩石相互作用，作为最活跃的地质营力促进各种地质现象的发育。生物圈(biosphere)：渗透在水圈、大气圈下层和地壳表层的范围之中，对于改变地球的形态起着重要的作用。6/40一、矿物的概念地壳由岩石组成，岩石由矿物组成。矿物(mineral)：具有一定化学成分和物理性质的自然元素和无机化合物。常见的几种矿物石英方解石云母第二节造岩矿物7/40黄铁矿玛瑙石膏8/40石英晶簇9/4010/40自然界中已发现的矿物有2500多种。但组成常见岩石的矿物仅数十种，这些组成常见岩石的矿物称为造岩矿物。其占地壳重量约为99%。造岩矿物以硅酸盐为主。11/40二、矿物的特征晶形(crystalform)图2-2矿物晶形(a)石盐；(b)石膏；(c)普通辉石；(d)石英；(e)正长石；(f)云母12/40物理性质颜色(color)：矿物新鲜表面的颜色。是矿物对不同波长可见光吸收程度不同的反映，分自色、他色、假色。光泽(luster)：矿物表面（晶面或解理）反射光线的强弱强度，取决于其折光率。分为金属光泽(黄铁矿）、半金属光泽（褐铁矿）、金刚光泽、玻璃光泽（长石、石英）。当反射面不平行时，矿物可形成某种独特的光泽，油脂光泽、丝绢光泽、腊状光泽（蛇纹石、石膏），珍珠光泽（滑石、石膏）、土状光泽（高岭土）。13/40物理性质透明度(transparency)：光线透过矿物的程度。分透明、半透明、不透明。条痕(streak)：矿物粉末的颜色。14/40力学性质硬度(hardness)：矿物新鲜面抵抗外力刻划、研磨的能力，分为摩氏十级。1-滑石，2-石膏，3-方解石，4-萤石，5-磷灰石，6-长石，7-石英，8-黄玉，9-刚玉10-金刚石。（指甲为2～2.5，铁刀3～3.5，钢刀6～6.5)解理(cleavage)：矿物受敲击后，严格按一定方向裂开成光滑平面的性质。①极完全解理，云母，②完全解理，方解石，③中等解理，灰石，④不完全解理，磷灰石。断口(fracture)：与解理相反没有光滑平面，破裂面呈凹凸不平的断面，如贝壳、参差状。15/40其他性质石墨导电，石棉绝缘，萤石发光，毒砂有嗅味，自然硫可燃烧。16/40矿物名称及化学成分形状物理性质相对密度主要鉴别特征颜色光泽硬度解理、断口正长石K[AlSi3O8]短柱状、板状、粒状肉红色、浅玫瑰色、浅黄色、带浅黄的灰白色玻璃光泽6两向完全解理，近于正交2.57形态、颜色斜长石Na[AlSi3O8]，Ca[Al2Si2O8]板条状、长条状白色或灰白色玻璃光泽6两向完全解理，斜交2.60~2.76颜色、形态石英SiO2粒状、块状、六棱柱状、双锥状无色、乳白色。烟灰色玻璃光泽、断口为油脂光泽7无解理、贝壳状断口2.65形状、硬度、断口白云母KAl2[AlSi3O10][OH]2板状、片状、鳞片状无色、浅灰、浅黄色、灰白色玻璃或珍珠光泽2~3一组极完全解理2.7~3.1解理、薄片有弹性黑云母K(Mg，Fe)3[AlSi3O10][OH]2片状、板状、鳞片状深褐、黑绿至黑色玻璃或珍珠光泽2.5~3一组极完全解理3.02~3.13解理、颜色、薄片有弹性角闪石(Ca，Na)2~3(Mg，Fe，Al)5[Si3(SI，Al)O11]2[OH]2长柱状、纤维状绿黑色、黑色玻璃光泽5.5~6两组完全解理，交角近56o3.02~3.45形状、颜色辉石Ca(Mg，Fe，Al)[(SI，Al)2O6]粒状、块状深黑色、褐黑、棕黑玻璃光泽5~6两组完全解理，交角87o3.23~3.52形状、颜色橄榄石(Fe，Mg)2[SiO4]粒状橄榄绿、淡黄绿色至黑绿色玻璃光泽、断口为油脂光泽6.5~7无解理，贝壳状断口3.27~4.37颜色、硬度、形态石榴子石(Fe，Mg，Ca)3(Fe，Al)2[SiO4]3菱形十二面体、二十四面体、粒状棕、棕红或黑红色玻璃光泽6.5~7.5无解理、不规则断口3.5~4.2形状、颜色、硬度绿泥石(Fe，Mg)5Al[AlSi3O10][OH]8片状、粒状浅绿、深绿或黑绿色玻璃光泽、珍珠光泽2~2.5一组极完全解理2.68~3.40颜色、薄片有挠性无弹性蛇纹石Mg6[Si4O10][OH]8致密块状、片状、纤维状淡黄绿色、淡绿、淡黄色油脂光泽、蜡状光泽、丝绢光泽2~3无解理、贝壳状断口2.6~2.9颜色、光泽方解石CaCO3菱面体、块状、粒状白、灰白，含杂质时呈其它颜色玻璃光泽3三组完全解理，斜交呈菱面体2.6~2.9颜色、硬度，遇盐酸起泡白云石CaMg[CO3]2菱面体、块状、粒状灰白、淡红、淡黄色玻璃光泽3.5~4三组完全解理，斜交呈菱面体2.8~2.9解理、硬度石膏CaSO4·2H2O板状、片状、纤维状无色、白色、灰白色珍珠光泽、丝绢光泽2一组完全解理2.3解理、硬度，颜色高岭石Al4[Si4O10][OH]8鳞片状、细粒状、土状集合体白、灰白或其它色土状光泽2.0~3.5一组完全解理2.60~2.63性软、粘舌、具可塑性滑石Mg3[Si4O10][OH]2片状、块状白、淡黄、淡绿或浅灰色蜡状或珍珠光泽1一组极完全解理2.58~2.83颜色、硬度、触摸有滑腻感黄铁矿FeS2立方体、致密块状浅黄铜色金属光泽6~6.5不规则断口4.9~5.2颜色、硬度、光泽赤铁矿Fe2O3板状、粒状、鲕状、肾状、豆状钢灰至铁黑色金属光泽至半金属光泽5~6无解理5.0~5.3形状、颜色、光泽17/40常见造岩矿物的肉眼鉴定抓住主要特征综合考虑颜色、晶形、光泽、解理、硬度考虑矿物生成条件及共生矿物工具：小钢刀、放大镜、稀盐酸等。18/40晶形颜色光泽硬度解理盐酸反应定名甲矿物规则白玻璃光泽3三组完全解理起泡——乙矿物规则白玻璃光泽7无无——课堂练习19/40岩石(rock)：一种或多种矿物组成的自然集合体。按成因分为三大类：岩浆岩、沉积岩和变质岩。岩浆岩(magmaticrock)岩浆岩又叫火成岩，在地壳上分布面积约占7％，但其质量占地壳总质量的95%。在三大类岩石中占有比较重要的地位。第三节岩浆岩20/40岩浆岩(magmaticrock)成因类型：由地下深处的高温高压熔融的岩浆以侵入(intru-sive)或喷出(effusive)方式直接冷凝而成。21/40岩浆岩的产状裂隙式喷发：熔岩被岩流中心式喷发：火山锥熔喷出岩岩墙，岩脉岩床，浅成岩：岩盘（盆），深成岩：岩基，岩株侵入岩22/40火成岩的产状示意图①岩基（面积大于60-100km2）；②岩株（面积小于60-100km2）；③岩盖，岩盆；④岩床；⑤岩墙；⑥火山颈；⑦岩脉；⑧岩被；⑨火山锥；⑩熔岩流；⑪破火山口23/40印尼火山喷发2010年8月火山喷出岩24/40花岗岩的矿物成分岩浆岩物质成分主要是硅酸盐矿物，还有一部分金属硫化物、氧化物及挥发性物质。按SiO2含量分为：基性岩浆52%和酸性岩浆65%等;按矿物成分分为：硅铝矿物和铁镁矿物。25/40岩浆岩的结构(texture)指组成岩石的矿物结晶程度、晶粒大小、形状及相互组合方式。可反映岩浆冷凝时的物理环境。按矿物结晶程度分为：全晶质——岩石全部由结晶矿物组成，是深成侵入岩结构特征。半晶质——由结晶和非结晶矿物组成，是浅成侵入岩结构特征。玻璃质（非晶质）——岩石几乎全部由玻璃制组成，是喷出岩结构特征。按晶粒大小分为：显晶质、隐晶质按晶粒相对大小分为：等粒、不等粒、斑状和似斑状结构26/40岩浆岩的构造(structure)指岩石中不同矿物集合体分布与排列特征。常见构造：•流纹状构造•气孔和杏仁状构造•块状构造流纹岩27/40花岗闪长岩玄武岩28/40表2-3岩浆岩分类简表侵29/40公园里的花岗岩装饰30/40第四节沉积岩(sedimentaryrock)沉积岩(sedimentaryrock)在地壳上分布面积约占75％，体积只占5%。对工程建筑具有实际意义。31/40搬运沉积硬结成岩物质组成：岩石碎屑黏土矿物化学沉积矿物有机质及生物残骸成因：地表岩石破坏32/40沉积岩的结构碎屑结构粉砂质结构细中粗砂质结构砾状结构泥质结构结晶结构生物结构33/40沉积岩的构造•层理构造(stratification)（水平层理、波状层理、斜层理等）•层面构造(beddingplane)（雨痕、泥裂等）(a)(b)(c)(d)图2-10沉积岩的层理类型(a)水平层理；(b)交错层理；(c)单斜层理；(d)透镜体及尖灭层34/40碎屑岩的胶结物：•硅质——强度高•铁质——易氧化•钙质——易溶解•泥质——易软化胶结类型：•基底式胶结(a)•孔隙式胶结(b)•接触式胶结(c)(a)(b)(c)图2-11碎屑岩的胶结类型35/40沉积岩的分类•碎屑岩•黏土岩•化学沉积岩（石灰岩、白云岩）•生物化学岩（生物碎屑灰岩）36/40表2-4沉积岩分类简表岩类结构主要矿物成分主要岩石松散的胶结的碎屑岩砾状结构2mm岩石碎屑或岩石块角砾、碎石、块石角砾岩卵石、砾石砾岩砂质结构2～0.05mm石英、长石、粘土矿物、碳酸盐矿物砂土石英砂岩长石砂岩粉质结构0.05～0.005mm石英、长石、粘土矿物、碳酸盐矿物粉砂土粉砂岩粘土岩泥质结构0.005mm粘土矿物为主，含少量石英、云母等粘土泥岩页岩化学岩及生物化学岩化学结构及生物结构致密状粒状鲕状方解石为主，白云石泥灰岩石灰岩白云石、方解石白云质灰岩白云岩结核状鲕状块状纤维状致密状石英、蛋白石、硅胶硅藻土燧石岩硅藻岩钾、钠、镁的硫酸盐及氧化物石膏岩盐、钾盐碳、碳氢化合物，有机质泥炭煤、油页岩37/40砂页岩硅质灰岩38/40变质岩(metamorphicrock)在地壳上分布面积约占18％。第五节变质岩(metamorphicrock)39/40成因：岩石受地壳运动及岩浆入侵的高温高压作用和化学成分的加入，使原来岩石的成分、结构和构造发生一系列变化而形成。变质作用类型：接触变质作用：这是指发生在侵入岩与围岩之间的接触带上，并主要由温度和挥发物所引起的变质作用。形成大理岩、矽卡岩。动力变质作用：这是指在地壳构造变质时产生的强烈定向压力使岩石发生的变质作用，也叫碎裂变质作用。40/40变质作用类型：区域变质作用：这是在广大范围内发生，并由温度、压力以及化学活动性流体等多种因素引起的变质作用。变质作用方式以重结晶、重组合为主。如片麻岩。混合岩化作用：这是指原有的区域变质岩体与岩浆状的流体互相交代而形成新岩石（混合岩）的作用。图2-12接触变质带示意图41/40物质组成：原有矿物：石英、长石、云母、角闪石和方解石等变质矿物：绿泥石、滑石、蓝晶石、刚玉和石榴子石等结构：变余结构：由于变质重结晶进行得不完全，原有