地质基础知识汇总

1第一章地质学基础知识第一节岩石学基础知识一、矿物矿物是天然产物，通常具有一定的物理性质和比较固定的化学成份。有的矿物是由一种化学元素组成的单质矿物，如自然金、自然铜、金刚石等；有的是由两种或两种以上的元素组成的化合物，如黄铁矿、方解石等。某些人工合成的矿物，如人造金刚石、人造水晶等，其化学成份与物理性质与自然矿物类似，但不是天然产物，称之为“人造矿物”或“合成矿物”。目前，已发现的矿物约3000多种，但组成煤系地层岩石的常见矿物仅有20余种，称之为造岩矿物。常见的矿物有：石英、长石、方解石、黑云母、白云母、角闪石、黄铁矿、赤铁矿和铝土矿等。二、岩石岩石是由矿物或岩屑在地质作用下聚集而形成的，自然界中有些岩石是由一种矿物组成，如纯洁的大理岩是由方解石组成；而多数是由两种以上的矿物组成，如花岗岩主要由石英、长石、云母三种矿物组成；少数由火山玻璃物质、胶体物质或生物遗骸组成。岩石具有一定的结构和构造特征，与矿物比较，岩石的物质组成不固定，物理性质不均匀。岩石与矿产的关系密切，各种金属、非金属矿产（如煤炭、石油等）绝大多数蕴藏于岩石之中，与岩石具有成因和时空上的联系。自然界中岩石种类名目繁多，但根据其成因可分为三大类：岩浆岩、沉积岩、变质岩。1、岩浆岩岩浆岩又称火成岩，它是地壳下面存在着高温高压的熔融硅酸盐物质（称为岩浆），受地壳运动的影响，沿着地壳薄弱带侵入地壳或喷出地表，温度降低，最后冷凝固结形成的岩石。岩浆岩的主要矿物组成是硅酸盐矿物，主要氧化物是SiO2。根据SiO2的百分含量，岩浆岩可分为超基性岩、基性岩、中性岩和酸性岩。这些岩浆岩中的SiO2含量依次逐渐增大。根据岩浆岩的产出深度和状态的不同，岩浆岩又可分为深成岩、浅成岩和喷出岩。岩浆岩侵入煤系地层，是一种常见的地质现象，也是影响煤矿生产的重要地质因素之一。岩浆岩侵入体对煤层的破坏性主要表现为：①煤层被侵入体所代替，破坏了煤层的连续、完整性，减少了煤炭的可采储量；②由于接触变质的影响，使煤的灰分增高，黏结性减弱，煤质变劣，降低煤的工业价值；③侵入体硬度较煤层大，会妨碍采掘工作的正常进行，增加生产成本；④侵入体在煤层中发育时，使采区和工作面布置困难，甚至造成废巷等损失。岩浆岩与沉积岩及变质岩的主要区别标志有：①岩浆岩大多为块状的结晶岩石，部分因冷凝过快而呈玻璃质结构；②具有特有的矿物及结构构造；③与围岩有明显的界线，常含有围岩碎块，称“捕虏体”，接触处有热变质现象；④没有任何生物遗迹或化石。2、变质岩变质岩是指已存在的各种岩石（岩浆岩、沉积岩或早先形成的变质岩），在地壳中由于物理和化学条件的改变（高温、高压或化学性质活泼的气体、液体的影响），使原来岩石的结构、构造或矿物成份等发生变化而形成的新的岩石。如：2由石灰岩变为大理岩、由石英砂岩变质为石英岩。变质轻者可保持原有岩石的一些结构、构造特征，重者则原岩面目皆非。由于煤是沉积矿产，属沉积岩的一部分，本教材主要针对煤矿防治水问题，因此，下节重点介绍沉积岩。第二节沉积岩一、沉积岩的概念沉积岩主要指由出露地表的岩石及火山碎屑物质、生物遗骸等在外动力地质作用下被风化、剥蚀的产物，经过搬运、沉积、固结作用所形成的一类岩石。沉积岩在地表分布最广，约占地球表面积的3/4。更为重要的是许多矿产如煤、油页岩、岩盐等都是沉积岩。据统计，目前，全世界每年开采的矿产的75％来自沉积岩。从地表往下，沉积岩所占比例逐渐减少。二、沉积岩的结构及原生构造1、沉积岩的结构沉积岩的结构可分为碎屑结构、泥质结构、化学结构和生物结构。碎屑结构的特点是岩石可分为碎屑和胶结物两部分。碎屑颗粒大于0.01mm，按颗粒直径大小可分为：砾状结构颗粒直径大于2mm，砂状结构颗粒直径在2至0.1mm，粉砂结构颗粒直径在0.1至0.01mm之间。泥质结构多为粘土矿物，颗粒直径小于0.01mm。化学结构是通过化学溶液沉淀结晶而成，如大部分石灰岩是由许多方解石晶体组成。生物结构是由生物遗体或碎片组成。2、沉积岩的原生构造沉积岩最典型的特征之一是具有原生层状构造。包括层理构造和层面构造。（1）层理构造：两层面之间更微细的成层现象称层理构造，是岩石性质在垂直原始沉积层面的方向上，由于矿物成份、颜色、结构等特征发生突变或渐变而显现出来。沉积岩的层理类型主要有水平层理、波状层理及交错层理（也称斜层理）等。（2）层面构造在岩层面，由于沉积物沉积时，表面遭受到流水、风、生物活动及阳光曝晒等作用所留下的痕迹称层面构造。常见的有波浪、干裂、雨痕、痕迹化石等。如图2-1-1所示。砂层砂层图2—1—1干裂及其形成示意图三、沉积岩的分类关于沉积岩的分类，目前国内外流行的分类方案，十分强调沉积岩的物质来3源，并以此作为分类的基础，如图2-1-2。外源沉积岩：所谓“外源”，是指沉积物质来源于沉积盆地之外。其中，由母岩风化、剥蚀后形成的碎屑物质和黏土矿物，经过机械搬运、沉积、成岩作用而形成的岩石称陆源碎屑岩。由火山喷发形成的火山碎屑物质经过堆积、压实、胶结或熔结作用而形成的岩石称火山碎屑岩。内源沉积岩：所谓“内源”，是指沉积物质直接来源于沉积盆地之内，由沉积盆地内的溶解物质通过化学或生物化学作用沉淀生成的。常见的岩石类型有石灰岩等。其中可燃生物岩主要是指生活在沼泽、湖泊中的生物遗体经过复杂的物理、化学和生物化学及成岩作用而形成的一类岩石，如煤、油页岩等。第三节构造地质学基础知识承受地壳运动的岩层或岩石，在地壳运动力的作用下发生变形或变位的形迹，称为地质构造。地质构造在层状的岩石中表现最显著，在不成层的岩浆岩中也是存在的。本节重点讲述成层岩石中的地质构造。它的基本类型有：水平构造，倾斜构造，褶皱构造和断裂构造等。一、水平构造原始沉积物，特别是海洋中的沉积物多是水平或近于水平的层状堆积物，按沉积顺序先沉积的在下面，后沉积的覆盖在上面，这些一层层叠置起来的沉积物，经过固结成岩作用形成坚硬的层状岩石，称为岩层。每个岩层具有近似相互平行的两个面，称为层面，顶面又叫上层面，底面又叫下层面。上、下层面之间的垂直距离是岩层的厚度（图2-1-3中的OA）。原始岩层一般是水平的，在漫长的地质历史中，由于地壳运动，岩浆活动等的影响，岩层产出状况发生多种多样的变化。有的岩层虽然经过地壳运动使其位置发生了变化，但仍保持水平状态，这样的构造称为水平构造。绝对水平的岩层几乎是不存在的，因而所谓水平构造是指受地壳运动影响轻微的某些地区或受强烈地壳运动影响的岩层的某一局部地段或大范围的均匀抬升或下降的地区。水平砾岩砂岩粉砂岩粘土岩碳酸盐岩硫酸盐岩卤化物岩硅岩其他化学岩可燃性生物岩非可燃性生物岩陆源碎屑岩火山碎屑岩化学岩生物岩外源沉积岩内源沉积岩沉积岩图2—1—2沉积岩分类粒径大于2mm粒径2.00~0.1mm粒径0.1~0.01mm粒径小于0.01mm4构造中较新的岩层总是位于较老的岩层之上，当地形受切割时老岩层总是出露在低洼地方，而较新的岩层总是出现在较高的位置。二、倾斜构造及岩层产状当地壳运动不仅使岩层形成的位置发生变化，而且改变了岩层的水平状态，使岩层层面和水平面间具有一定的夹角时，称为倾斜构造。倾斜岩层往往是褶曲的一翼，断层的一盘或着是不均匀抬升或下降所引起。如图2-1-3、图2-1-4所示OA图2--4倾斜岩层及其厚度α图2—1—3倾斜岩层及其厚度褶曲一翼断层的一盘图2--5倾斜岩层图2--5倾斜岩层断层的一盘褶曲一翼褶曲一翼断层的一盘图2--5倾斜岩层图2--5倾斜岩层断层的一盘褶曲一翼图2—1—4倾斜岩层岩层的产状：是指岩层在地壳中三维的空间方位和产出状态，可用走向、倾向和倾角三个要素来表示（图2-1-5）。α图2--6岩层产状要素OADD'αB水平面图2—1—5岩层产状要素AOB—走向线OD—倾向线OD／—倾向α—倾角1、走向：岩层面与水平面的交线称走向线，走向线两端所指示的方向称岩层的走向，表示岩层在空间的水平延伸方向，有两个方向值（图2-1-5中的AB、BA方向）。2、倾向：岩层面上与走向线垂直并沿倾斜层面向下的垂线称倾斜线，倾斜线在水平面上的垂直投影线方向就是岩层的真倾向，简称倾向（见图2-1-5中的5OD’）。岩层面上凡与走向线不直交且沿倾斜面向下的任意一条射线称视倾斜线，视倾斜线在水平面上的垂直投影线方向称视倾向或伪倾向（见图2-1-6中的OD、OC方向）。AHBFCGDEOαββ图2—1—6真倾角与视倾角的关系α——真倾角；β、β’’——视倾角；w——真倾向与视倾向之间的夹角3、倾角：倾斜线与水平面的夹角称真倾角，简称倾角；视倾斜线与水平面的夹角称视倾角。真、视倾角的关系可用数字表达式表示为：tgβ＝tgα.cosw。当视倾向愈接近真倾向，其视倾角值愈大；反之愈小。一个岩层有许多视倾角，但只有一个真倾角，任何岩层的视倾角都小于其真倾角。岩层产状要素常用的记录格式为：如90°∠30°，表示岩层的倾向为90°（正东方向），倾角为30°。三、褶皱构造1、褶皱与褶曲的概念（1）褶皱：褶皱是指受地壳运动等地质作用的影响下，使岩层发生塑性变形，形成一条列波状弯曲的构造形态，称褶皱构造，简称褶皱。多数褶皱是地壳运动产生的水平挤压应力作用形成的，如图2-1-7所示。褶皱褶曲（背斜）褶曲（背斜）褶曲（向斜）P1C2C2P2C2C1C1OO1C1图2--8褶皱与褶曲剖面示意图图2—1—7褶皱与褶曲剖面示意图（2）褶曲：褶皱中的一个弯曲称为褶曲，是褶皱的基本单位（见图2-1-7）2、褶曲的基本形态：（1）背斜：即岩层向上弯曲的褶曲，其核部岩层相对较老，两侧岩层较新且对称重复出现。（2）向斜：即岩层向下弯曲的褶曲，其核部岩层相对较新，两侧岩层较老且对称重复出现。6四、断裂构造断裂构造是指岩石所承受的作用力达到或超过其破裂强度极限并发生破裂变形而形成的构造，岩石的连续性和完整性遭到破坏。根据岩石破裂面的两侧岩块相对位移的大小，分节理和断层两大类型。（一）节理节理又称裂隙或裂缝，指破裂面两侧岩块无明显相对位移的断裂构造。节理常为大型褶皱或断层的伴生或派生的构造，是在岩层形成褶皱或断层时产生的，受褶皱和断层的控制。就煤矿地质而言，节理常是矿井瓦斯、地下水等的重要运移通道和储集场所。（二）断层断层是指破裂面两侧的岩石沿破裂面发生有明显位移的断裂构造。断层规模变化很大，小的断层延伸仅有几米，相对位移不过几厘米；大的断层延伸数百米至数千千米，相对位移可达几十千米。1、断层要素断层要素是指断层的组成部分以及与阐明断层空间位置和运动性质等有关的几何要素。包括断层面、断层线、交面线、断盘、断距和落差等。（如图2-1-8）。地面断层面地面..............................................................................下盘交面线断层线上盘交面线煤层上盘(下降盘)下盘(上降盘)煤层图2—1—8断层要素示意图（1）断层面：岩层断裂发生相对位移总是沿着一定的破裂面进行的，此破裂面即称为断层面。断层面的空间位置由其走向、倾向和倾角确定。断层面在局部地段可以是平面，但在较大范围内还常是不规则的曲面。较大规模断层的断层面常由一条列断裂面和次级破裂面构成断层破碎带。（2）断层线：断层线是指断层面与地面的交线，也就是断层面在地面上的出露线。它可以是直线，也可以是曲线，其形态由断层面形态，断层面产状以及地形起伏状况决定。断层面倾角越小，地形起伏越大，断层线形态就越复杂。（3）交面线：断层面与岩层面（一般取岩层底面）的交线称交面线。其中，断层面与煤层（底）面的交线称为煤层交面线，又称断煤交线，分为两种：①上盘断煤交线，指断层面与上盘煤层（底）面的交线（见图2-1-8）。②下盘断煤交7线，指断层面与下盘煤层（底）面的交线（见图2-1-8）。两种断煤交线的形态可以是两条直线或曲线，可以相互平行或交叉，也可以向一端微开而向另一端收敛合并或向两端收敛消失。（4）断盘：断层面两侧相对位移的岩块称断盘。其中位于断层面上侧的岩块称上盘，位于断层面下侧的岩块称为下盘；当断层面直立时，无上、下盘之分，可根据