岩石及其工程性质.ppt

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1、第 1 章 岩石及其工程地质性质,序言主要造岩矿物岩石,1、地球的总体特性赤道半径（a）6378.4 km两极半径（c）6365.9 km扁 率（d=(a-c)/c）1/297陆地面积占29.2%，海洋占70.8%。2、地球的内部圈层构造外圈：大气圈(atmosphere)、水圈(hydrosphere)和生物圈(biosphere)内圈：地壳(lithosphere)、地幔(mantle)和地核(core)地壳：平均厚度33KM，大陆厚70多KM，海洋仅10KM，主要分为硅铝层和硅镁层。地幔：厚度约为2900KM，分为上地幔和下地幔，上地幔是熔融状态物质，可能是岩浆的发源地；下地幔主要是铁镁

2、氧化物和硫化物。地核：厚度为3500KM，由比重较大的铁镍成分组成。,地球构造,地球的构造：地壳、地幔、地核,地壳：地球的固体外壳。大陆上厚的70公里，海洋里薄的仅10公里，平均厚度在33km左右。地幔：中间构造层，富含铁镁的硅酸盐物质。地核：主要化学成分是铁，镍，所以又称铁镍核心。,软流圈之上地幔顶层加上地壳合称岩石圈,软 流 圈,地 幔,60km,250km,岩 石 圈,地 幔,元素在地球中的分布,不同元素的克拉克值相差悬殊。O、Si、Al、Fe、Ca、Na、Mg、K、H等9种元素占地壳总重量的98%以上，其余的80多种元素不足2%,造岩矿物：固体，无机元素或元素化合物,岩石：岩浆岩、沉积

3、岩和变质岩,岩石圈,1.1 主要造岩矿物,地壳主要元素百分比,矿物：存在于地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物。构成岩石的矿物，成为造岩矿物，其绝大部分是结晶质。,1.1.1 矿物的基本概念,结晶质：组成矿物的元素质点在矿物内部按一定的规律排列，形成稳定的结晶格子构造，生成具有一定几何外形的晶体。,非晶质矿物：内部质点呈无序排列的矿物，如蛋白石,非晶质矿物可以由胶体化学沉积作用形成（如蛋白石），也可以由岩浆喷发快速冷凝作用形成（如燧石）。非晶质矿物在自然界中经过漫长的地质历史时间可逐渐转化为晶质矿物，这种作用称为“脱玻化”作用。,1.1.2 矿物的物理性质,矿物的物理性质，包括

4、矿物的颜色、光泽、硬度、解理、断口等，其决定于矿物的化学成分和内部构造，是鉴别矿物的重要依据。,矿物的物理性质颜色,矿物的颜色，是矿物对可见光波的吸收作用产生的。按成色原因分为：,自色,假色,他色,a.自色矿物本身固有的颜色,黄铁矿 铜黄色,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）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）,b.他色矿物含有杂质的颜色。如石英,如：石英，含铁后呈现紫色、含碳后呈现黑色。方解石，因杂质渗入而

5、常呈白、黄、浅红、绿、蓝等色,由于他色不固定，不能用他色来鉴定矿物,c.假色物理原因所引起的颜色(由于矿物内部的裂隙或表面的氧化薄膜对光的折射、散射所引起的),冰洲石无色、透明无裂痕的 完好方解石,如：方解石（解理面的彩虹）、斑铜矿（表面班驳的蓝色、紫色）,矿物的物理性质光泽,矿物的光泽是矿物表面的反射率的表现,1.金属光泽：反射很强，类似镀铬的金属平滑表面的反光。如黄铁矿、方铅矿,黄铁矿,半金属光泽：反射强，如同一般金属的反光，如磁铁矿的光泽。,磁铁矿：半金属光泽,造岩矿物绝大部分属于非金属光泽。由于矿物表面的性质或矿物集合体的集合方式不同，又会反映出各种不同特征的光泽。,1.玻璃光泽 反光

6、如镜，如长石、方解石解理面上呈现的光泽。,2.珍珠光泽 光线在解理面间发生多次折射和内反射，在解理面上所呈现的像珍珠一样的光泽，如云母等。,3.丝绢光泽 纤维状或细鳞片状矿物，由于光的反射互相干扰，形成丝绢般的光泽，如纤维石膏和绢云母等。,4.油脂光泽 矿物表面不平，致使光线散射，如石英断口上呈现的光泽。,5.蜡状光泽 像石蜡表面呈现的光泽。如蛇纹石、滑石等致密块体矿物表面的光泽。,蛇纹石,6.土状光泽 矿物表面暗淡如土，如高岭石等疏松细粒块体矿物表面所呈现的光泽。,国际摩氏硬度计以常见的10种矿物作为标准,矿物抵抗外力刻划、研磨的能力，称为硬度硬度是矿物的一个重要鉴定特征。鉴别矿物硬度的方法

7、摩氏硬度计（相对硬度）。,矿物的物理性质硬度,野外常用判断方法,矿物的物理性质解理、断口,矿物受打击后，能沿一定方向裂开成光滑平面的性质，称为解理。裂开的光滑平面称为解理面。不具方向性的不规则破裂面，称为断口。,解理的完全程度和断口是互相消长的，解理完全时不显断口,云母的一组完全平行解理,石盐的三组近直交解理,按解理的发育 程度分为,极完全解理,完全解理,中等解理,不完全解理,矿物解理的完全程度和断口是互相消长的。如不具解理的石英，则只呈现贝壳状的断口。,1.1.3 常见的主要造岩矿物,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

8、。,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,赤铁矿,褐铁矿,磁铁矿,白云石,高岭土,红柱石,本节要求掌握,地球内部的圈层结构造岩矿物的形态及主要物理性质12种左右主要的造岩矿物,1.2 岩石,岩浆岩,岩 石,沉积岩,变质岩,地壳的64.7%为岩浆岩、27.4%为变质岩、7.9%为沉积岩陆地表面的75%和几乎全部洋底为沉积岩。,1.2.1 岩浆岩(magmatic rock),成因类型：由地下深处的高温高压熔融的岩浆以侵入或喷出方式直接冷凝而成,也称火成岩。,1.成因,3.矿物成分,4.结构,5.构造,6.分类及代表性岩浆岩,2.产状,依冷凝成岩浆岩的地质环

9、境的不同，可将岩浆岩分为三大类：,(2)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。由于岩浆压力小，温度降低较快，组成岩石的矿物结晶较细小。,1.岩浆岩的成因,(3)喷出岩(火山岩)：岩浆沿地表裂缝一直上升喷出地表，这种活动叫火山喷发，对地表产生的一切影响叫火山作用，形成的岩石叫喷出岩。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。肉眼不易看清楚。,(1)深成岩：岩浆侵入地壳某深处(约距地表5km)冷凝而成的岩石。岩浆压力和温度较高，温度降低缓慢，组成岩石的矿物结晶良好。,2.岩浆岩的产状 岩浆岩的产状是反映岩体空间位置与围岩的相互关系及其形态特征。1）侵入岩体产状 由于岩

10、浆本身成分的不同，受地质条件的影响，岩浆岩的产状大致有下列几种：岩基、岩株、岩盘、岩床、脉。,岩脉为狭长、不规则的板状岩体，岩床则为整合的席状。,大规模花岗岩岩基,岩墙,岩脉,2）喷出岩体产状,3.岩浆岩的物质成分,化学成分：SiO2、Al2 O3、Fe2 O3、FeO、MgO、CaO、K2 O和Na2O,矿物成分,浅色矿物(富含Si、Al成分)（硅铝质矿物）:正长石、斜长石、石英、白云母等,深色矿物(富含Fe、Mg成分）（铁镁质矿物）：黑云母、辉石、角闪石、橄榄石等。,4.岩浆岩的结构,指岩石中矿物的结晶程度、晶粒大小、形状以及彼此间相互组合关 系。,(1)按岩石中矿物的结晶程度分为：,全晶

11、质结构：多见于深成岩和浅成岩,半晶质结构：多见于浅成岩,玻璃质结构：喷出岩特有的结构,(2)按晶粒大小分为：,等粒结构多见于侵入岩,不等粒结构浅成岩中,隐晶质结构浅成岩和一些熔岩中,斑状结构浅成岩及部分喷出岩所特有的结构,基质为隐晶质或玻璃质的不等粒结构，称斑状结构；基质为显晶质的且成份与斑晶相同的不等粒结构，称似斑状结构,显晶质（微粒结构）,显晶质（粗粒结构）,半晶质结构（斑状结构）,玻璃质,5.岩浆岩的构造,指岩石中不同矿物与其它组成部分之间的排列与充填方式。,块状构造,流纹构造,气孔构造,杏仁构造,常见于深成岩中,喷出岩特有的构造,多见于喷出岩中,多见于喷出岩中,流纹状构造,气孔构造（玄

12、武岩）,岩浆凝固时，挥发性的气体未能及时逸出，以致在岩石中留下许多圆形、椭圆形或长管形的孔洞（喷出岩）,若气孔被后期矿物填充所形成的一种形似杏仁的构造（喷出岩）,矿物在岩石中分布杂乱无章，不显层次，呈致密块状（全部侵入岩和部分喷出岩）,由一些不同颜色的条纹和拉长的气孔等定向排列所形成的流动构造(主要喷出岩）,块状构造,流纹构造,观察岩石的颜色观察岩石的矿物成分观察岩石的结构和构造查表定名,6.分类及代表性岩浆岩,闪长岩：中性深成侵入岩，主要由斜长石和普通角闪石组成，可有少量黑云母。颜色较深，为深灰色及灰绿色。全晶质粒状结构。闪长岩与花岗岩的差别是其石英含量少而暗色矿物含量高，所以颜色深。,花岗

13、岩：地球上分布最广的结晶粒状深成岩；由石英、长石和云母组成；具有多种颜色，如灰白色、灰色、肉红色等，主要由长石的种类和颜色而定；根据组成花岗岩矿物粒径的大小分成粗粒、中粒、细粒花岗岩，长石与石英晶体特别粗大的称为伟晶岩；花岗岩常呈规模巨大的岩基或岩株产出；花岗岩密度2.7，致密坚硬、孔隙度小、强度大，是良好的建筑材料，尤其细粒均匀的花岗岩可以承担任何工程荷载，但一些粗粒以及含黑云母等暗色矿物，甚至含黄铁矿的花岗岩，因易于风化而大大降低了其强度。,5、岩浆岩常见类型,花岗岩,流纹岩,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,一、酸性岩类主要矿物为石英和

14、正长石,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，块状构造,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，流纹构造,（化学成分）,二、中性岩类主要矿物为正长石,正长岩,深成侵入岩，肉红、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,粗面岩,喷出岩，浅灰、浅灰黄和淡红等色，具斑状构造，斑晶主要为正长石，基质为隐晶质，块状构造,正长斑岩,浅成侵入岩，棕灰、浅红褐色，斑状结构，斑晶为正长石，基质为细粒或隐晶质，块状构造,闪长岩,安山岩,主要矿物为斜长石、角闪石,深成侵入岩，灰白、深灰、黑灰色，次要矿物为黑云母和辉石，全晶质等

15、粒结构，块状构造,喷出岩，灰色、紫色、灰紫色，斑状结构，斑晶为斜长石，气孔或杏仁构造,闪长玢岩,浅成侵入岩，灰色、灰绿色，成分与闪长岩同，斑状结构，斑晶主要为斜长石或闪石，块状构造,玄武岩,辉长岩,三、基性岩类主要矿物为斜长石和辉石,深成侵入岩，灰黑至黑色，次要矿物有橄榄石、角闪石和黑云母，全晶质等粒结构，块状构造,辉绿岩,浅成侵入岩，灰绿、黑绿色，成分与辉长岩相似，细粒结构，块状构造,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,橄榄岩,四、超基性岩类主要矿物为橄榄石和辉石,深成侵入岩，深绿色，主要矿物，橄榄石，辉石，中粒等粒结构，块状构造,1.2.2 沉积岩

16、,沉积岩是由沉积物固结变硬而形成的，其占地壳岩石总体积的7.9%，是三大类岩石中在地表分布最广的，占地壳表面积的75。,成岩环境：地表 温度不高 压力不大 成岩过程：岩石-风化-分解成碎屑或粘土矿物-搬运-沉积-压密、胶结、重结晶-成岩,1.沉积岩的成因,机械搬运、沉积、固结成岩 由风化作用或火山作用的产物经以这种方式形成的沉积岩称碎屑岩。化学沉积成岩 在地表常温、常压条件下由水溶液沉淀而形成化学岩，然而自然界大多盆地化学沉淀过程中都有生物参与，所以通常又称为生物化学岩。,风化：岩石在各种风化应力作用下，发生的物理和化学变化过程。物理风化：由于温度变化、水的冻融、盐类结晶、植物根劈等力的作用下

17、，引起岩石的机械破碎，而不伴随有化学成分和矿物成分明显变化的现象。主要发生在干旱寒冷的地区，风化深度相对较小。化学风化：岩石在水、氧及有机体等作用下所发生的一系列化学变化过程，引起岩石结构构造、矿物成分和化学成分的变化。多发生于温暖潮湿的地方，风化深度可达百米以上。生物风化：既有物理风化特点，又具有化学风化特征。生物新陈代谢产生有机质或机械破坏，如释放大量有机物酸及CO2，加强水溶液溶解能力。多发生于温暖潮湿的地方，风化深度可达百米以上。主要风化作用：氧化、溶解、水化、水解、碳酸化和硫酸化等作用。,2.沉积岩的物质组成,矿物成分,碎屑物质,黏土矿物,化学沉积矿物,有机质及生物残骸,1.碎屑物质

18、先成岩石经物理风化作用的碎屑物质组成，大部分化学性质稳定、难溶于水的原生矿物的碎屑，如石英、长石、白云母等2.黏土矿物含铝硅酸盐类矿物的岩石，经化学风化作用形成的次生矿物，如高岭石、微晶高岭石、水云母等3.化学沉积矿物由纯化学沉积或生物化学沉积作用，从溶液中沉淀结晶产生的沉积矿物，如方解石、白云石、石膏、石盐、铁、锰的氧化物或氢氧化物4.有机及生物残骸由生物残骸或有机化学变化而成的物质，如贝壳、泥炭及其它有机质等,在沉积岩的组成物质中，黏土矿物、方解石、白云石、有机质等，是沉积岩所特有的，是物质组成上区别于岩浆岩的一个重要特征。,3.沉积岩的结构,指沉积岩的组成物质、颗粒大小、形状、胶结特性及

19、其结晶程度,沉积岩的结构,由碎屑物质被胶结物胶结而成。按碎屑粒径的大小，可分为砾状结构、砂质结构及粉砂质结构三类；按胶结物的成分又可分为硅质胶结、铁质胶结、钙质胶结和泥质胶结四类。,几乎全部由小于0.005mm的粘土质点组成，是泥岩、页岩等粘土岩的主要结构。,由溶液中沉淀或经重结晶所形成的结构，由沉淀生成的晶粒极细，经重结晶作用晶粒变粗，但一般多小于lmm，肉眼不易分辨，是石灰岩、白云岩等化学岩的主要结构。,由生物遗体或碎片所组成，如贝壳结构、珊瑚结构等，是生物化学岩所具有的结构。,生物结构,结晶结构,泥质结构,碎屑结构,基底式胶结,孔隙式胶结,接触式胶结,碎屑岩的胶结物：硅质强度高 铁质易氧

20、化 钙质易溶解 泥质易软化,胶结类型：基底式胶结 孔隙式胶结 接触式胶结,4、沉积岩的构造 指沉积岩的各组成部分之间的空间分布和排列方式,层理构造：,沉积岩在形成过程中，由于沉积环境的改变，所引起沉 积物质的成分、颗粒大小、形状或颜色沿垂直方向发生变 化而显示出的成层现象,平行层理,斜层理,交错层理,层面：层与层之间的界面 特征：波痕、雨痕、泥裂等生物化石岩层：两个层面间成分基本均匀一致的岩石。形态：正常层、夹层、变薄、尖灭、透 镜体,层面构造 沉积岩层层面上遗留的痕迹,水的流痕,砂岩上的波痕,波痕,泥裂,雨痕,化石,鱼化石,泥岩中的恐龙足迹,注意：沉积岩的层理构造、层面特征和含化石是沉积岩区

21、别于其它岩类的一个重要特征。,泥 裂,波 痕,5.沉积岩的分类及鉴定,碎屑岩类,黏土岩类,化学及生物化学岩类,主要由方解石、白云石等碳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。,主要由粘土矿物及其他矿物的粘土粒组成的岩石，如泥岩、页岩等。,沉积岩的分类,火山碎屑岩,沉积碎屑岩,火山集块岩火山角砾岩凝灰岩,砾岩及角砾石 砂岩粉砂岩,黏土岩夹于坚硬岩层之间，形成软弱夹层，浸水后易于软化滑动。,石英砾岩,d页岩,a砾岩,b角砾岩,c砂岩,石灰岩,白云岩,沉积岩地貌,石灰岩地貌,四、常见的沉积岩,砾岩,砂岩,粉砂岩,碎 屑 岩 类,火山角砾岩,火山碎屑岩,沉 积 碎 屑 岩,页岩,黏土岩

22、类,泥岩,石灰岩（灰岩）,化学及生物化学岩类,含三叶虫化石的石灰岩,变质岩是由原来的岩石（岩浆岩、沉积岩、变质岩）在地壳中受到高温、高压及化学成分加入的影响，在固体状态下发生矿物成分及结构构造变化后形成的新的岩石。,1.2.3 变质岩,变质作用的因素,1.高温 作用：促使岩石发生重结晶，形成新的结晶结构（如石灰岩-大理岩）促使矿物间的化学反应，生成变质矿物 热源：炽热的岩浆 地壳深处的高温 构造运动带来的热能,2.高压 压力的来源：上覆岩层重量产生的静压力 构造运动或岩浆活动产生的横向挤压力 高压的作用：空隙减小，变得致密 塑性增强，比重变大 岩石发生变形破裂（碎裂结构）形成片理构造,3.新的

23、化学成分的加入 作用：形成新的变质矿物 来源：岩浆活动的热液和挥发性气体注：上述各原因是共同作用的。,1.2.3 变质岩,1.变质岩的一般特征,矿物成分,变质岩的矿物成分，除保留有原来岩石的矿物，如石英、长石、云母等外，还有变质矿物，如石榴子石、滑石、绿泥石、蛇纹石等，变质矿物是变质岩所特有的，可把变质岩与其他岩石区别开来。,结构和构造,变质岩几乎全部是结晶结构，但其结晶结构主要经过重结晶作用形成，故称为变晶结构以示区别，如粗粒变晶结构，斑状变晶结构等。若变质作用不彻底，则在形成的变质岩中残留有变质前原来岩石的结构特征，则称为变余结构。,2.变质岩的构造,片理构造、块状构造、条带状、眼球状构造

24、,板状构造：片理厚，片理面平直，重结晶作用不明显，颗粒细密，光泽微弱，沿片理面裂开则呈厚度一致的板状，如板岩。,千枚状构造：片理薄，片理面较平直，颗粒细密，沿片理面有绢云母出现，容易裂开呈千枚状，呈丝绢光泽，如千枚岩。它与板岩的区别是形成一些肉眼可见的绢云母等片状矿物。,片理构造是变质岩所特有的,典型的片理构造：,片状构造：重结晶作用明显，片状、板状或柱状矿物沿片理面富集，平行排列，片理很薄，沿片理面很容易剥开呈不规则的薄片，光泽很强，如云母片岩等。,片麻状构造：颗粒粗大，片理很不规则，粒状矿物呈条带状分布，少量片状、柱状矿物相间断续平行排列，沿片理面不易裂开，如片麻岩。变质岩除上述片理构造外

25、，如果岩石主要由粒状矿物组成时，则成致密块状构造，如大理岩和石英岩等。,3常见的变质岩,片麻岩,具典型的片麻状构造，变晶或变余结构，一般晶粒粗大，肉眼可以辨识。片麻岩可以由岩浆岩变质而成，也可由沉积岩变质形成。主要矿物为石英和长石，其次有云母、角闪石、辉石等，有时尚含有少许石榴子石等变质矿物。岩石颜色视深色矿物含量而定，石英、长石含量多时色浅，黑云母、角闪石等深色矿物含量多时色深。片麻岩强度较高，如云母含量增多，强度相应降低。因具片理构造，故较易风化。,大理岩,由石灰岩或白云岩经重结晶变质而成，等粒变晶结构，块状构造；主要矿物成分为方解石；大理岩常呈白色、浅红色、淡绿色、深灰色以及其他各种颜色

26、，常因含有其他带色杂质而呈现出美丽的花纹。大理岩强度中等，易于开采加工，色泽美丽，是一种很好的建筑装饰石料。,石英岩,结构和构造与大理岩相似，一般由较纯的石英砂岩变质而成，常呈白色，因含杂质，可出现灰白色、灰色、黄褐色或浅紫红色；强度很高，抵抗风化的能力很强，是良好的建筑石料，但硬度很高。,4、变质岩常见类型,板状构造（板岩）,片状或片麻构造（变粒岩）,片麻状构造（片麻岩）,千枚状构造（千枚岩）,片状构造（片岩）,片理构造岩类,（构造）,大理岩,角岩,含石榴子石,块状构造岩类,石英岩,1.2.4 三大类岩石的肉眼鉴别,岩浆岩的鉴别方法,（1）先看岩石整体颜色的深浅,（2）分析岩石的结构和构造,

27、（3）分析岩石的主要矿物成分，确定岩石的名称,沉积岩的鉴别方法,碎屑岩,黏土岩,化学岩,石灰岩、白云岩和泥灰岩相同点：外观特征类似区别:方解石、白云石及粘土矿物的含量有差别盐酸试剂进行鉴别石灰岩遇盐酸起泡强烈，泥灰岩遇盐酸起泡，但泡沫混浊，干后往往留有泥点，白云岩遇盐酸不起泡，或者反应微弱,页岩层理清晰，一般沿层理能分成薄片，风化后呈碎片状;泥岩层理不清晰、风化后呈碎块状。,可先观察碎屑粒径的大小，其次分析胶结物的性质和碎屑物质的主要矿物成分。,鉴别沉积岩时，可以先从观察岩石的结构开始，结合岩石的其他特征，先将所属的大类分开，然后再作进一步分析，确定岩石的名称。触摸有明显含砂感的，一般是属于碎屑岩类的岩石。断裂面暗淡呈土状，硬度低，触摸有滑腻感的，一般多是粘土类的岩石。具结晶结构的可能是化学岩类。,变质岩的鉴别方法,鉴别变质岩时，可以先从观察岩石的构造开始。根据构造，首先将变质岩区分为片理构造和块状构造的两类。然后可进一步根据片理特征和主要矿物成分，分析所属的亚类，确定岩石的名称。,本节要求掌握,岩石按照成因的分类三大岩石的结构与构造了解代表性岩石如何对岩石进行鉴别,