工程地质学课件1

1、第二章第二章 岩石及其工程地岩石及其工程地质性质质性质 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60-2

2、50km，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/cm。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

3、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 (crystal

4、form)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

5、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22.5，铁刀33.5，钢刀66.5)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。极完全解理，云母，完全解理，方解石，中等解理，灰石，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

6、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KAlSi3O8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NaAlSi3O8，CaAl2Si2O8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2.602.76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KAl2AlSi3O10OH2板状、片状、鳞片状无色、浅灰、浅黄色、灰

7、白色玻璃或珍珠光泽23一组极完全解理2.73.1解理、薄片有弹性黑 云 母K(Mg，Fe)3AlSi3O10OH2片状、板状、鳞片状深褐、黑绿至黑色玻璃或珍珠光泽2.53一组极完全解理3.023.13解理、颜色、薄片有弹性角 闪 石(Ca，Na)23(Mg，Fe，Al)5Si3(SI，Al)O112OH2长柱状、纤维状绿黑色、黑色玻璃光泽5.56两组完全解理，交角近56o3.023.45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56两组完全解理，交角87o3.233.52形状、颜色橄 榄 石(Fe，Mg)2SiO4粒状橄榄绿、淡黄绿色至黑绿

8、色玻璃光泽、断口为油脂光泽6.57无解理，贝壳状断口3.274.37颜色、硬度、形态石 榴 子 石(Fe，Mg，Ca)3(Fe，Al)2 SiO43菱形十二面体、二十四面体、粒状棕、棕红或黑红色玻璃光泽6.57.5无解理、不规则断口3.54.2形状、颜色、硬度绿 泥 石(Fe，Mg)5 Al AlSi3O10 OH8片状、粒状浅绿、深绿或黑绿色玻璃光泽、珍珠光泽22.5一组极完全解理2.683.40颜色、薄片有挠性无弹性蛇 纹 石Mg6Si4O10 OH8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23无解理、贝壳状断口2.62.9 颜色、光泽方解石CaCO3菱面体

9、、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2.62.9颜色、硬度，遇盐酸起泡白云石CaMgCO32 菱面体、块状、粒状灰白、淡红、淡黄色玻璃光泽3.54三组完全解理，斜交呈菱面体2.82.9解理、硬度石膏Ca SO42 H2O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Al4Si4O10 OH8鳞片状、细粒状、土状集合体白、灰白或其它色土状光泽2.03.5一组完全解理2.602.63性软、粘舌、具可塑性滑 石Mg3Si4O10 OH2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2.582

10、.83颜色、硬度、触摸有滑腻感黄铁矿 Fe S2立方体、致密块状浅黄铜色金属光泽66.5不规则断口4.95.2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56无解理5.05.3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：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

11、、沉积岩和变质岩。 岩浆岩(magmatic rock) 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(magmatic rock) 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岩基（面积大于60-100km2）； 岩株（面积小于60-100km2）； 岩盖，岩盆； 岩床

12、；岩墙； 火山颈； 岩脉；岩被；火山锥； 熔岩流； 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

13、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：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(sedimentary rock)沉积岩(sedimentary rock) 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

14、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(bedding plane)（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沉积岩的分类沉积岩的分类

15、 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20.05mm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 0.050.005mm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

16、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(metamorphic rock) 在地壳上分布面积约占18。第五节 变质岩(metamorphic rock)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

17、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，原有岩石的矿物成 分和结构特征被部分地保留下来，这样形成的结构称为变余结构。 变晶结构：岩石在固态条件下由重结晶和变质结晶作用形成的结构。 压碎结构：岩石在低温受

18、定向压力作用下，形成碎块甚至粉末状后又被胶结在一起的结构 。42/40构造： 变余构造：岩石经变质后仍保留有原岩部分的构造特征，这种构造称为变余构造。 变成构造：由变质作用所形成的新的构造称为变成构造。 板状构造：岩石中有轻微重结晶。千枚状构造：岩石中有基本重结晶。片状构造：岩石中各组分全部重结晶。片麻状构造：岩石具显晶质变晶结构，以粒状矿物为主，片状或柱状矿物定向排列 。块状构造：矿物均匀分布，结构均一，无定向排列。43/40表 2-5 变质岩分类表变质作用构造、结构岩石名称主要矿物成分原 岩区域变质片麻状构造片麻岩石英、长石、云母、角闪石等中、酸性岩浆岩、砂岩、粉砂岩、粘土岩片状构造片岩云

19、母、滑石、绿泥石、石英等粘土岩、砂岩、泥灰岩、岩浆岩、凝灰岩千枚状构造千枚岩绢云母、石英、绿泥石等粘土岩、粉砂岩、凝灰岩板状构造板岩粘土矿物、绢云母、绿泥石、石英等粘土岩、粘土质粉砂岩接触变质块状构造变晶结构石英岩石英为主，有时含绢云母等砂岩、硅质岩大理岩方解石、白云石石灰岩、白云岩动力变质碎裂结构碎裂岩原岩岩块各类岩石糜棱结构糜棱岩原岩碎屑各类岩石44/40花岗片麻岩大理岩45/40 三大类岩石的肉眼鉴别岩浆岩的鉴别方法岩浆岩的鉴别方法 先看颜色,再看结构和构造,然后看矿物成分。沉积岩的鉴别方法沉积岩的鉴别方法 先看结构,再看成分。变质岩的鉴别方法变质岩的鉴别方法 先看构造,再看成分。46/

20、40三大类岩石特征对比表岩石类别 成因 物质组成 结构 构造 代表性 岩石 岩浆岩 高温高压 岩浆冷凝 硅酸盐 金属硫化物 结晶结构 块状构造 花岗岩 沉积岩 常温常压 岩石风化 碎屑物质黏土矿物 化学物质 有机物 碎屑结构 结晶结构 生物结构 层理构造 层面构造 砂岩 变质岩 岩石变质 变质矿物 变晶结构 变余结构 压碎结构 片状构造 片麻构造 千枚构造 片麻岩 47/4048/40岩石循环转化示意图49/40第六节 岩石的工程地质性质 一.岩石工程地质性质的常用指标物理性质(physical properties) 重度重度（）(unit weight)：岩石单位体积的重力（kN/m3）。

21、 式中：W-岩石的重量（KN） V-岩石的体积（包含空隙体积）（m3） 有干重度、湿重度和饱和重度之分。密度密度( ()()(bulk density):):岩石单位体积的质量(g/cm3) VWVW50/40第六节 岩石的工程地质性质 比重比重(相对密度)(G)(specific gravity)：固体岩石的质量与同体积水在4C时质量的比值。式中：Ws岩石固体部分的质量（g）; Vs岩石固体部分（不包括孔隙）的体积（cm3）; w 单位体积水（4）的质量（g/cm3)空隙率空隙率(n)(n)( porosity)：岩石空隙的体积与岩石总体积的比值,以百分数表示，即式中：Vn岩石中孔隙的体积（

22、cm3） V岩石总体积（cm3）wssVWGVVnn51/40吸水率（吸水率（1）(absorptive ratio)(absorptive ratio)：常压条件下，岩石吸入水的质量(Ww1)与干燥岩石质量（Ws）之比，用百分数表示。 岩石水理性质饱水率（饱水率（2）(saturation ratio)(saturation ratio)：高压或真空条件下，岩石吸入水分的质量与干燥岩石质量之比，用百分数表示。%10011sWW%10022sWW52/40 岩石水理性质饱水系数（饱水系数（k ks s）(saturation coefficient)(saturation coefficien

23、t) ：岩石的吸水率（1）与饱水率（2）的比值。其值越大，岩石的抗冻性越差,一般岩石的饱水系数在0.50.8。21sK53/40透水性透水性(permeability)：指岩石允许水透过的能力。岩石的透水性用渗透参数（k）来表示。渗透系数表示水力坡降为时，水在岩石中的渗透速度，其单位用m/d 或cm/s表示。溶解性溶解性(dissolubility)：指岩石溶解于水的性质。常用溶解度或溶解速度来表示。 软化性：软化性：指岩石在水的作用下强度降低的性质。软化系数(Kd) (softening coefficient)为岩石在饱水状态下的极限抗压强度（RW）与风干状态下强度（Rd）之比。0.75是

24、强软化的岩石，工程性质较差。ddRRK54/40抗冻性抗冻性(frost resistance)：指岩石抵抗冰劈作用的能力。可用强度损失率和重量损失率表示岩石的抗冻性能。 强度损失率（Rt）指饱和岩石在一定负温度（-25）条件下，冻融10-25次（视工程具体要求而定，有的要求冻融100-200次或更高），冻融前后的抗压强度之差与冻融前抗压强度的比值，以百分数表示。抗压强度降低率(2025)的岩石是抗冻的。崩解性崩解性(disintegration)：指黏土质岩石吸水膨胀的性质。%100212ssstRRRR55/40 力学性质 强度指标：强度指标：抗压强度抗压强度(compressive strength)： 岩石单向受压时抵抗破坏的能力。即抗拉强度抗拉强度(tensile strength)： 岩石单向受拉时抵抗