第3章矿物和岩石

1、 3.1 主要造岩矿物及物理力学性质 3.2 岩浆岩 3.3 沉积岩 3.4 变质岩 3.5 三大类岩石的特征对比与相互转化第3章 矿物和岩石-岩土体形成及其相互转化第第3章章 矿物和岩石矿物和岩石 3.1 主要造岩矿物及分类 地球的物质组成中，地壳由岩石组成，岩石由矿物组成，矿物由各种元素组成。 矿物是自然作用形成的，具有一定的化学成分、内部构造和物理性质的单质或化合物。 岩石是一种或多种矿物的集合体，形成岩石的矿物为造岩矿物。最常见50多种。主要造岩矿物就是在岩石中经常见到，并明显影响岩石性质，对鉴定和区别岩石种类起重要作用的矿物。矿物分为硫化物、氧化物、卤化物等；特殊宝石矿物（自然界有百

2、余种），最贵重的有钻石（金刚石，硬度大、切割功能）、红宝石、蓝宝石（矿物成分是刚玉）、祖母绿（矿物成分绿柱石）；宝石特点：晶莹艳丽、光彩夺目、质地坚硬、经久耐用、产量稀少、物以稀为贵，价值昂贵；石英云母云母石英石英Plagioclase斜长石斜长石Orthoclase正长石正长石角闪石角闪石辉石辉石滑石滑石Plagioclase斜长石斜长石Orthoclase正长石正长石hornblende（角闪石）角闪石）橄榄石Pyroxene（辉石）辉石）滑石 3.2 岩浆岩 岩石是在地壳中按一定规律，由一种或几种矿物共生组合在一起所形成的天然集合体。根据岩石的成因类型，分为岩浆岩（火成岩）、沉积岩和变质

3、岩。 岩石的结构是指岩石中矿物颗粒的结晶状态、结晶程度、晶粒大小、形状及其彼此间的组合方式等。反映岩石内部微观特征。岩石的构造指岩石中矿物的形状、大小和相互关系，矿物集合体之间的排列充填方式或矿物集合体与岩石其他组分之间的排列充填方式所反映出来的外表形态。它着重于矿物个体的性质，反映岩石外貌特征。3.2.1 岩浆岩的形成1、岩浆岩的形成 岩浆沿着地壳薄弱带侵入地表或喷出地表，随着温度降低，最终冷凝而形成岩浆岩。侵入作用就是岩浆由地下深处向上运移，未达到地表而在地下占居一定空间并冷凝成岩的全部过程。 根据岩浆岩的形成及产状状态分为：侵入岩和喷出岩。 3）岩浆岩（火成岩）：占地壳总量的）岩浆岩（火

4、成岩）：占地壳总量的95%，内力地质作用（岩，内力地质作用（岩浆作用）的产物。浆作用）的产物。（1）岩浆：地壳深处局部地段高温、高压的熔融物质。）岩浆：地壳深处局部地段高温、高压的熔融物质。（2）岩浆作用：岩浆形成、演化、运动、直到冷凝成岩的全过程。岩浆作用：岩浆形成、演化、运动、直到冷凝成岩的全过程。以下）深成岩（地下）浅成岩（地表面至地下侵入岩：喷出岩（喷出地表面）形成的岩石：、岩浆岩：岩浆冷凝后KmKm333：岩浆在侵位和运移过程中，岩浆自身的演化直至冷凝成岩石（侵入岩）的全部过程。 岩浆岩形成过程中存在如下作用过程： （1）结晶作用：从岩浆侵入活动开始，即形成向上运移，直最后冷凝成岩结

5、束，是一系列物理、化学性质的演化过程。 （2）同化作用：岩浆侵入过程中，以本身的高温，溶化了围岩，将围岩改造成岩浆的一部分，故围岩被同化了，称为同化作用。（3）混染作用：由于围岩熔入岩浆中，使岩浆成分发生了改变。故岩浆被混染了。 （4）结晶分异作用：高温熔融的岩浆成分非常复杂，含有多种矿物成分，在其温度降低、冷凝的过程中，按矿物熔点高低、比重大小、先后结晶析出不同的矿物。3.2.2岩浆岩的产状 岩浆岩的产状是指岩浆冷凝后岩体的形态、岩体所占据的空间以及它与围岩的相互关系。 作为地下深处的岩浆岩物质所表现出的构造形式，称之为侵入体。1、深成岩产状 深成岩岩体规模大，分布广，由于热量大，压力大，对

6、围岩有同化现象，边缘有捕虏体，按形成深度分为：岩基和岩株。 2、浅成岩产状浅成岩岩体规模不大，出露面积几十平方公里，按侵入岩体与围岩的关系分为：岩盘与岩盖、岩床、岩墙和岩脉。3、喷出岩的产状：火山颈、岩钟（火山锥）、岩流（岩被）等。 岩浆岩体产状示意图1岩基；2岩株；3岩盘；4岩床；5岩墙；6火山颈；7岩钟；8岩流；9俘虏体Pyroclastic ash(火山灰)花岗岩Rhyolite流纹岩流纹岩Dacite安山岩安山岩玄武岩Batholith岩基Captive mass 俘虏体laccolith岩盘岩株Volcano neck火山颈Lava flow岩流Sill 岩床the formatio

7、n state of igneous rock（岩浆岩的产状）岩浆岩的产状）岩墙Rock wall 3.2.3 岩浆岩的地质特性 包括岩浆岩的化学成分、矿物成分、结构、构造，它们由岩石形成过程所决定，是鉴定岩石的主要特征。1岩浆岩的化学成分 地壳中存在的元素在岩浆岩中几乎都有,O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Ti元素在岩浆岩中普遍存在，其含量（指质量分数，下同）占岩浆岩组分的99.25，其次为P、H、Mn、Ba等元素。 岩浆岩的化学成分常用氧化物表示，其中SiO2的平均含量为59.14，其次为Al2O3，占15.34。根据SiO2含量，可以把岩浆岩分成四类：超基性岩（SiO2含量45）、

8、基性岩（SiO2含量4552）、中性岩（SiO2含量5265）、酸性岩（含量SiO265）。 2、岩浆岩的矿物成分 组成岩浆岩的矿物最常见的是石英、正长石、斜长石、黑云母、白云母、角闪石、辉石、橄榄石等几种矿物，共占92%。 3、岩浆岩的结构岩浆岩的结构是划分类型和鉴定岩浆岩的主要依据之一。影响岩浆岩结构的因素主要有化学成分，凝结过程中的物理化学状态等。1）按岩石中矿物的结晶程度，岩浆岩的结构可分为： （1）全晶质结构：岩石全部由结晶的矿物组成。（2）半晶质结构：岩石由结晶的矿物和非晶质矿物组成。 （3）非晶质结构：岩石全部由非晶质矿物组成，又称玻璃质结构。 按岩石中矿物的晶粒大小，岩浆岩的结

9、构可分为： 显晶质结构：岩石全部由结晶较大的矿物组成，用肉眼或放大镜即可辨认。 隐晶质结构：岩石全部由结晶微小的矿物组成，用肉眼和放大镜均看不见晶粒，只有在显微镜下可识别。 玻璃质结构：岩石全部为非晶质所组成，均匀致密似玻璃。2）按岩石中全部矿物晶粒的相对大小，岩浆岩的结构可分为： 等粒结构、不等粒结构、斑状结构和似斑状结构。4、岩浆岩的构造 岩石构造是指岩石中矿物或其它组分在空间的排列与充填方式。岩浆岩的构造可以分为： 1）块状构造：致密的粒状构造，矿物在整个岩石中分布是均匀的，其排列无一定次序，无一定方向，它是岩浆岩中最常见的一种构造。 2）流纹状构造：由不同颜色的条纹和拉长的气孔等表现出

10、来的一种流动构造，如流纹岩，是酸性熔岩中最常见的构造。 3）气孔状构造：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。这种构造常为玄武岩等喷出岩所具有。 4）杏仁状构造：这种构造是岩石中的气孔为后期矿物（如方解石、石英等）充填所形成的一种形似杏仁的构造，如某些玄武岩和安山岩的构造。 5）带状构造：岩石由不同成分的条带相间组成。这种构造主要发育在超基性岩和伟晶岩体中。3.2.4 岩浆岩分类及常见岩浆岩的鉴定特征1岩浆岩的分类 根据岩浆岩的化学成分、矿物成分、结构构造、产状及其共生规律等特征。2常见的岩浆岩的鉴定特征 （1）超基性岩类 超基性岩类中，铁镁矿物

11、占绝对多数，主要有橄榄石、辉石，其次角闪石黑云母。岩石颜色深，呈致密块状构造。（2）基性岩类 基性岩类中，铁镁矿物主要有辉石、角闪石、橄榄石，还有硅铝矿物斜长石和少量石英。岩石颜色较超基性岩浅，但较其他岩类深，侵入岩常呈致密块状构造和带状构造，而喷出岩常具气孔和杏仁构造。 （3）中性岩类 中性岩类中，铁镁矿物相应减少，其主要矿物为角闪石、次为辉石和黑云母；硅铝矿物显著增多，主要为中性斜长石，有时少量钾长石和石英。这类岩石颜色较浅，一般为灰或浅灰色。 （4）酸性岩类 酸性岩类中，铁镁矿物大大减少，硅铝矿物大量增加。其主要矿物为石英、钾长石和斜长石。岩石颜色一般较浅，常为浅灰红色。3.3 沉积岩

12、3.3.1沉积岩形成过程 沉积物指一种沉积在陆地或水盆地中的松散矿物颗粒或有机物质 沉积岩是指在地表及地表附近的常温常压条件下，原岩经风化、搬运、沉积、成岩作用形成的岩石。 3.3.2沉积岩的地质特性1、沉积岩的造岩矿物 沉积岩形成于地表，必须适应常温、常压的环境。常见矿物有石英、长石、白云母、方解石、粘土矿物、白云石、绿泥石等。主要矿物类别如下： 1）碎屑矿物 2）黏土矿物 3）化学沉积矿物 4）有机质及生物残骸 2、沉积岩、岩浆岩的矿物成分特点比较 1）在岩浆岩中大量存在的橄榄石、辉石、角闪石和黑云母等铁镁矿物，在沉积岩中很少见； 2）长石、石英、白云母等矿物在岩浆岩和沉积岩中都比较多，但

13、钾长石和石英在沉积岩中可以更多一些； 3）盐类矿物、碳酸盐矿物和粘土矿物则是沉积岩所特有的矿物，岩浆岩中很少或者没有； 4）生物组分是沉积岩所特有的。3、沉积岩的结构 是指沉积岩组成成分的颗粒形态、大小和连结形式。常见的有以下几种： 碎屑结构、泥状结构、化学结构和生物化学结构。沉积岩的结构特征沉积岩的结构特征砂粒孔隙胶结物砂粒粘粒粉粒碎屑类砾岩碎屑类砂岩粘土类页岩化学类石灰岩化学类白云岩4、沉积岩的产状和构造形式 1）沉积岩产状： 沉积岩产状构造是指沉积岩形成时期（主要是沉积期）所形成的构造。 沉积岩原始产状一般是水平或近水平。 2）沉积岩的构造形式（1）层理构造 层理是指一个岩层中大小、形状

14、、成分和颜色不同的层交替时显示出来的纹理。 层理构造的主要类型： 水平层理：由许多呈直线状彼此平行（平行于层面）的细层组成。形成于平静的或微弱流动的水介质中，如海洋、湖泊的深水地带及沼泽地区。常见于粘土岩、泥质细粉砂岩及石灰岩中。 波状层理：由许多呈波状起伏的细层重叠在一起组成，是由于波浪引起的沙纹的移动造成的。 单斜层理：由一系列倾斜层系重叠组成，层系之是界面较平直，层系是由同向倾斜的许多细层重叠组成，细层与层系界面斜交。 交错层理：泛指细层与层系界面相交成角度的多层系的（不管各层系内细层的倾向是否一致）或单层系的层理。 粒序层理：在每一个沉积单元中都表现出颗粒大小的逐渐变化，通常是从沉积单

15、元的底部到顶部，颗粒由粗变细，这种粒序性称之为正粒序。如果自底到顶表现为由细粒过渡为粗粒，则称为逆粒序。 水平层理 斜层理 交错层理沉积岩的层理构造（2）层面构造 在沉积岩岩层层面上往往保留有反映沉积岩形成时流体运动，自然条件变化遗留下来的痕迹，称为层面构造。 顶面构造：主要发育有：波痕、雨痕、泥裂、雹痕、晶体印痕、虫痕、动物足迹等。它们可以帮助判断层序。 底面构造：主要发育有：底冲刷、槽模、沟模等。 结核：指包裹在沉积岩体中某些矿物集合体的团块。其成分、结构、颜色等一般与围岩不同。 化石：指埋置在沉积岩中各地质时期古生物的遗体和遗迹。古生物化石是沉积岩独有的构造特征，是研究地史、生物进化的重

16、要依据。 3.3.3 沉积岩分类及常见沉积岩的鉴定特征 1沉积岩的分类 根据沉积岩的成因，物质成分和结构等特征，可将沉积岩分为四大类： 1）碎屑岩 主要由碎屑物质被压紧胶结而成的岩石，称为碎屑岩。 碎屑岩的胶结类型是指胶结物、基质与碎屑颗粒之间的接触关系，碎屑岩类中的胶结物的成分和胶结方式，对其工程性质有重要影响。其胶结方式有三种： （1）基底式胶结：填隙物含量较多，碎屑彼此不相连。 （2）孔隙式胶结：碎屑颗粒紧密相接，胶结物充填于粒间孔隙中。 （3）接触式胶结：只在碎屑颗粒的彼此接触外才有胶结物，故胶结物数量很少。 2）黏土岩 主要成分由黏土质矿物组成的岩石称为黏土岩。 3）化学沉积岩 化学

17、沉积岩是岩石风化产物中的溶解物质经过化学作用沉积而成的岩石，又称化学岩。4）生物化学岩 生物化学岩是岩石风化产物中的溶解物质经过生物化学作用或由生物生理活动使某种物质聚集而成的岩石。常见的生物化学岩有硅藻土、介壳石灰岩、珊瑚礁石灰岩等。 2常见的沉积岩极其鉴定特征 （1）砾岩和角砾岩：粒状结构，由50%以上大于2mm的粗大碎屑胶结而成，黏土含量25%。由浑圆状砾石，胶结而成的称为砾岩；由棱角状的角砾胶结而成的称为角砾岩。 （2）砂岩：砂质结构，由50%以上粒径介于0.052mm的砂粒胶结而成，黏土含量25%。按砂粒的矿物组成，可分为石英砂岩、长石砂岩和岩屑砂岩。按砂粒粒径的大小，可分为粗粒砂岩

18、、中粒砂岩和细粒砂岩。（3）粉砂岩：粉砂质结构，常有清晰的水平层理。由50%以上粒径介于0.0050.05mm的粉砂胶结而成，黏土含量25%。结构较疏松，强度和稳定性不高。 （4）页岩：是由黏土脱水胶结而成，以黏土矿物为主，大部分有明显的薄层理，呈页片状，可分为硅质页岩、砂质页岩、钙质页岩及炭质页岩。除硅质页岩强度稍高外，其余岩性软弱，易风化成碎片，强度低，与水作用易于软化而丧失稳定性。 （5）泥岩：成分与页岩相似，常成厚层状。以高岭石为主要成分的泥岩，常呈灰白色或黄白色，吸水性强，遇水后易软化。 （6）石灰岩：简称灰岩，矿物成分以方解石为主，其次含有少量的白云石和黏土矿物，常呈深灰、浅灰色，

19、纯灰质岩呈白色。 （7）白云岩：主要矿物成分为白云石，也含有方解石和黏土矿物，结晶结构。3.4 变质岩 3.4.1 变质岩的形成过程1、变质岩 变质作用指岩石基本上在固态下，由于温度、压力及化学活动性流体的作用,发生成分、结构、构造等改变的地质作用过程。岩浆岩、沉积岩经过变质作用后，使其矿物成分、结构构造发生变化后而形成的岩石称为变质岩。变质岩的形成接触变质作用形成变质岩 动力变质作用形成变质岩 区域变质岩的形成2、原岩在变质作用中的变质方式1）重组合 参与变质作用的各项化学反应扩散、迁移一些元素改变化学成分。2） 重结晶 固态下，矿物岩矿经有限的粒间溶解，迁移、重新结晶，使原岩矿物中的晶粒增

20、大且紧密相嵌的作用。 3）交代作用 主要由于化学活动性流体的作用，使得某些成分的原子、离子、分子从原岩中带出，另一些成分的原子、离子、分子被带入原岩中，从而改变了原岩的成分。 3.4.2 变质岩的地质特性1、变质岩的矿物成分 组成变质岩的矿物，可分为两部分：一部分是与岩浆岩和沉积岩共有的矿物，另一部分是变质岩所特有的变质矿物， 2、变质岩的结构 根据成分，可将变质岩结构分为四大类： 1）压碎结构 当定向压力超过矿物的强度极限时，矿物发生破裂和粒化作用及现象。 2）变晶结构 岩石在固体状态下，原来的物质成分、颗粒大小和形态发生改变，发生重结晶作用而形成的结构。 3）变余结构 原岩在变质作用过程中

21、，由于重结晶作用不完全，虽成分发生变化，但原岩的结构特征，可部分残留下来，称为变余结构。 4）交代结构 发生交代变质作用时，原岩中的矿物被取代、消失，与此同时形成新生矿物而产生的不同的交代结构。3、变质岩的构造1）变成构造：原岩构造消失，经变质作用后形成的构造。 板状构造：岩石可沿一定方向开裂成为平整的板状体，岩石具平行、密集、平坦的破裂面，沿此面岩石易分裂成薄板状； 千枚状构造：比较碎破的薄片状，有丝绢光泽； 片状构造：矿物呈片状或柱状且平行排列； 片麻状构造：深色片柱状矿物和浅色粒状矿物相间平行排列成条带状； 斑点状构造；岩浆体在变质岩中呈斑点状分布，炭质、硅质、铁质、红柱石等呈斑点状。

22、条带状构造：岩浆体在变质岩中呈条带状分布； 块状构造：矿物无定向排列，矿物均匀分布。 其中称为片理构造，是区别于岩浆岩与沉积岩的重要特征。 2）变余构造 岩石变质后仍保留原岩的构造特征。 3.4.3 变质岩分类及常见变质岩的鉴定特征 1、变质岩分类 根据变质作用的成因，即变质作用类型、变质岩可分为三大类：区域变质岩、接触变质岩和动力变质岩。 2、常见的变质岩的鉴定特征 （1）板岩：是一种结构均匀、致密且具有板状劈理的岩石。 （2）干枚岩：岩石的变质程度比板岩深，原泥质一般不保留，新生矿物颗粒较板岩粗大，有时部分绢云母有渐变为白云母的趋势。 （3）片岩：以片状构造为其特征的岩石。 （4）片麻岩：

23、以片麻状构造为其特征。 （5）大理岩：较纯的石灰岩和白云岩在区域变质作用下，由于重结晶而变为大理岩也有部分大理岩是在热力接触变质作用下产生的。这类岩石多具等粒变晶结构、块状构造。 （6）石英岩：由较纯的石英砂岩经变质而成，变质以后石英颗粒和硅质胶结物台为一体。因此，石英岩的硬度和结晶程度均较砂岩高。 （7）角岩：由泥质岩石在热力接触变质作用下形成。是一种致密微晶质硅化岩石。 （8）矽卡岩：是由石榴子石、透辉石以及一些其他钙铁硅酸盐矿物组成的岩石。 （9）蛇纹岩：是以蛇纹石为主要矿物成分的岩石。成分较纯者和蛇纹石相似，一般呈黄绿色，也有呈暗绿色和黑绿色者。质软，略具有滑感，片理及碎裂构造常见。 （10）混合岩：原来的变质岩（片岩、片麻岩、石英岩等），由相当于花岗岩的物质（来自上地幔），沿片理贯注或与原岩发生强烈的交代作用（称混合岩化作用）而形成的一种