工程地质第二章

1、地壳及其物质组成地质作用的类型常见矿物的物理性质三大类岩石的主要结构构造特征学习重点地壳及其物质组成 地壳是固体地球的外部圈层 一、地球的层圈构造 外圈：大气圈、水圈、生物圈 内圈 地壳：花岗岩、玄武岩 莫霍面之上 地幔：深部岩体 莫霍面与古登堡面之间 地核：铁、镍含量高 古登堡面之下地壳及其物质组成 地壳是固体地球的外部圈层 二、地质作用 内动力地质作用：结晶能、化学能、辐射能 外动力地质作业：搬运、堆积、潮汐等1、 概念：塑造地壳表面的自然作用。沧海变桑田物质组成内部结构外部形态2、 动力来源地球内部放射性元素衰变产生的内热太阳辐射热，地球旋转力和重力地球内部地球外部3、 类型按动力来源部

2、位 物理地质作用 人为地质作用（工程地质作用）按地质灾害成因地壳及其物质组成 地壳是固体地球的外部圈层 3、 物理地质作用内力地质作用按其作用方式可分为以下四种：（1）构造运动：是地壳的机械运动，有水平向的挤压和拉张、垂向上的升降之分。（圣安德列断层：水平移动400Km以上；炎-城大断裂；青藏高原。水平运动和垂直运动）地壳及其物质组成 地壳是固体地球的外部圈层 3、 物理地质作用（1）构造运动：地壳及其物质组成 地壳是固体地球的外部圈层 3、 物理地质作用内力地质作用按其作用方式可分为以下四种：（2）岩浆作用：是指岩浆沿地壳软弱地带上升造成火山或是地下深处冷凝形成侵入岩的过程。（侵入作用、喷出

3、作用或火山作用）3、 物理地质作用（3）变质作用：是指构造运动与岩浆作用过程中，使原有的岩石受温度、压力和化学性质活泼的流体作用，在固体状态下发生物质成分和特征的改变，转变成新的岩石，即变质岩的形成过程。（接触变质作用、热液变质作用、动力变质作用）地壳及其物质组成 地壳是固体地球的外部圈层 3、 类型（4） 地震：是指接近地球表面岩层中构造运动以弹性波形式释放应变能引起的地壳的快速颤动和震动。（唐山大地震、汶川大地震、阪神大地震、洛杉矶大地震、墨西哥大地震、台湾集集大地震等）地壳及其物质组成 地壳是固体地球的外部圈层 地壳及其物质组成 地壳是固体地球的外部圈层 外动力地质作用：作用在地壳表层，

4、由太阳辐射能、日月引力能、地球的重力位能引起的地壳的物质组成、内部结构、地表形态变化与发展的地质作用。地壳及其物质组成 地壳是固体地球的外部圈层 物理风化：岩石释重、温度变化、冻结与融化、结晶 与潮解等化学风化：溶解、水化、水解、碳酸化、氧化生物风化：机械风化、化学风化风化作用（风化程度）剥蚀作用搬运作用沉积作用地表流水的作用：暂时性流水、河流湖泊和沼泽的作用海洋的地质作用风的地质作用冰川的地质作用固结成岩作用（负荷地质作用：崩落、蠕动、滑动、泥石流）地壳及其物质组成 地壳是固体地球的外部圈层 地壳及其物质组成 地壳是固体地球的外部圈层 地壳及其物质组成 地壳是固体地球的外部圈层 生物结构地壳

5、及其物质组成 地壳是固体地球的外部圈层 地壳及其物质组成 地壳是固体地球的外部圈层 地壳及其物质组成 矿物 矿物是天然产出的均匀固体。它是地质作用的产物，是岩石的基本组成部分。既可是单质也可是化合物，多少含有一些杂质。单质：金刚石、硫磺化合物：石英SiO2、方解石CaCO3已发现的矿物：多种主要造岩矿物多种，常见的余种。地壳及其物质组成 矿物 矿物的形态是指矿物的单体及同种矿物集合体的形状。在自然界，矿物多数成集合体出现，但是也出现具有集合多面体形态的单晶体。矿物的形态有单体形态和集合体形态。 一、矿物的形态1、矿物单体形态矿物单体形态就是指矿物单晶体的形态。只有晶质矿物才能呈现单体。单体晶体

6、习性有：针状、柱状、斑状、片状；粒状等。2、矿物集合体形态： 同种矿物多个单体聚集在一起的整体叫矿物集合体。 大多数矿物是以集合体形式出现的。矿物集合体形态取决于单体的形态和它们的集合方式。几何体晶体习性有：晶簇、纤维状、钟乳状及土状等。地壳及其物质组成 矿物 矿物形态地壳及其物质组成 矿物 我们可以从矿物的光学性质、矿物的力学性质、矿物的密度和相对密度、矿物的弹性、延展性和挠曲等方面对矿物进行鉴定。二、矿物的物理性质1、矿物的光学性质 （1）颜色：是对可见光选择吸收时物体呈现颜色的主要原因。自色：矿物的化学成分和晶体结构所形成。他色：杂质所引起的颜色。赤铁矿(红棕色)黄铜矿(黑色) 辰砂(红

7、色) 辉钼矿(灰色) 1、矿物的光学性质 （2）条痕：矿物粉末的颜色。无釉瓷板刻画后观察，可消除假色、减弱他色，对金属矿物的鉴定有重要意义。 （3）光泽：是指矿物表面对光的反射能力。根据反射能力自强而弱分为：金属光泽、半金属光泽、金刚光泽、玻璃光泽、油脂光泽与树脂光泽、丝绢光泽、珍珠光泽和土状光泽，后六者统称为非金属光泽。 （4）透明度：透光的能力。地壳及其物质组成 矿物 金属光泽金刚光泽半金属光泽玻璃光泽地壳及其物质组成 矿物 2、矿物的力学性质 矿物在外力作用下表现出来的性质。其中最重要的是硬度、解理和断口，其次有延展性、脆性、弹性和挠性等。 （1）矿物的硬度：指矿物抵抗外来刻画、压入或研

8、磨等机械作用的能力。矿物硬度以H表示。常用刻画法来测定矿物硬度。 摩氏硬度计 地壳及其物质组成 矿物 3、矿物的力学性质 （2）解理和断口：矿物受外力作用后，沿着一定的结晶方向发生破裂，并能裂出光滑平面的性质称解理。这些平面称解理面。如果矿物受外力作用，在任意方向破裂并呈各种凹凸不平的断面（如贝壳状、锯齿状）则这样的断面称为断口。极完全解理完全解理中等解理不完全解理地壳及其物质组成 矿物 贝壳状 锯齿状 参差状 土状断口的形状有：地壳及其物质组成 矿物 3、矿物的力学性质 （3）密度：矿物的密度变化很大，轻、中等、重 琥珀：小于1；铂族：23 大多数矿物2.54g/cm3 (4) 弹性：受外力

9、变形，去外力恢复原状。云母薄片 （5）挠曲：受外力变形，去外力不能恢复原状。 （6）延展性：受力后变成薄片和细丝的特性。例如：黄金 用小刀刻画时无粉末 地壳及其物质组成 矿物 常见矿物的鉴别：石英地壳及其物质组成 矿物 常见矿物的鉴别：正长石地壳及其物质组成 矿物 常见矿物的鉴别：斜长石地壳及其物质组成 矿物 常见矿物的鉴别：角闪石地壳及其物质组成 矿物 常见矿物的鉴别：辉石-翡翠紫苏辉石斜方辉石地壳及其物质组成 矿物 常见矿物的鉴别：黑云母地壳及其物质组成 矿物 常见矿物的鉴别：白云母地壳及其物质组成 矿物 常见矿物的鉴别：橄榄石锰橄榄石-装饰铁橄榄石-防火地壳及其物质组成 矿物 常见矿物的

10、鉴别：方解石-光学材料地壳及其物质组成 矿物 常见矿物的鉴别：白云石锰白云石地壳及其物质组成 矿物 常见矿物的鉴别：石膏-用途很广地壳及其物质组成 矿物 常见矿物的鉴别：滑石地壳及其物质组成 矿物 常见矿物的鉴别：绿泥石地壳及其物质组成 矿物 常见矿物的鉴别：蛇纹石地壳及其物质组成 矿物 常见矿物的鉴别：红柱石地壳及其物质组成 矿物 常见矿物的鉴别：石榴子石地壳及其物质组成 矿物 常见矿物的鉴别：黄铁矿地壳及其物质组成 矿物 常见矿物的鉴别：黄铜矿地壳及其物质组成 矿物 常见矿物的鉴别：褐铁矿地壳及其物质组成 矿物 常见矿物的鉴别：磁铁矿地壳及其物质组成 岩石 岩石是在各种地质作用（岩浆作用、

11、沉积作用、变质作用）下所产生的、由一种或多种造岩矿物（少数由天然玻璃质或生物遗骸）有规律组合而成的矿物集体。岩石是组成地壳的主要物质。它是研究各种地质构造和地貌的物质基础，是探讨地壳发展史、恢复古地理面貌的主要的客观依据。根据岩石的成因，可分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类。岩浆岩沉积岩 变质岩岩浆作用沉积作用变质作用研究内容：1.物质组成：化学成分和矿物成分2.结构：岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、形状及彼此间的组合方式3.构造：岩石中矿物集合体与岩石其它组成部分之间的排列和充填方式。地壳及其物质组成 岩石 地壳及其物质组成 岩石 由炙热岩浆在地球不同层圈冷凝结晶或固结形成的岩石称为火成岩或岩

12、浆岩，是岩浆作用的最终产物。一、火成岩、物质成分 （1）化学成分： O、Si、AL、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti九种元素占99以上， O、Si占岩石总质量的75%，其次为AL和Fe。而且主要为这些元素的氧化物。 （2）矿物成分： 按颜色和化学成分特点，可分为，浅色矿物：有石英、正长石、斜长石、白云母等。它们富含硅、铝物质。深色矿物：有黑云母、辉石、角闪石、橄榄石等。它们富含铁、镁物质。 岩石中矿物的种类及其相对含量是岩石分类和定名的主要依据，也是直接影响岩石强度和稳定性质的重要因素之一。地壳及其物质组成 岩石 一、火成岩2、结构：矿物颗粒大小和结晶程度。（1）按结晶程度分类（2）按矿物颗粒

13、绝对大小分为：显晶质结构和隐晶质结构（3）按矿物颗粒相对大小分为：等粒结构、不等粒结构和斑状结构全晶质结构半晶质结构玻璃质结构地壳及其物质组成 岩石 一、火成岩 3、构造：指岩石中矿物的空间排列和充填方式。（2）流纹构造（3）气孔状构造（4）杏仁状构造（5）绳状构造（1）块状构造地壳及其物质组成 岩石 4、产状：岩浆岩空间位置、形态和岩体大小，以及与周围岩石相接触的关系，称为岩浆岩的产状。（如何对工程建设的影响）一、火成岩地壳及其物质组成地壳及其物质组成 岩石 一、火成岩5、常见火成岩类型及特征地壳及其物质组成 岩石 一、火成岩6、火成岩代表性岩石简介花岗岩地壳及其物质组成 岩石 一、火成岩6

14、、火成岩代表性岩石简介闪长岩（深成侵入岩）地壳及其物质组成 岩石 一、火成岩6、火成岩代表性岩石简介辉长岩以上几种岩都为深成岩地壳及其物质组成 岩石 一、火成岩6、火成岩代表性岩石简介流纹岩例如：雁荡山、地壳及其物质组成 岩石 一、火成岩6、火成岩代表性岩石简介安山岩菲律宾吕宋岛马永火山地壳及其物质组成 岩石 一、火成岩6、火成岩代表性岩石简介玄武岩地壳及其物质组成 岩石 一、火成岩6、火成岩代表性岩石简介辉绿岩天生桥旅游度地壳及其物质组成 岩石 二、沉积岩 由沉积物固结变硬而形成的岩石就是沉积岩，是地表分布最广的一种岩石（占地表面积的75%），它不仅被广泛地作为建筑物的地基，而且也是天然建筑

15、材料的主要来源。沉积岩形成的两种途径：1、由风化和火山作用的产物经搬运、沉积、固结成岩，主要为碎屑岩；2、由水溶液沉淀而成化学岩地壳及其物质组成 岩石 二、沉积岩1 、沉积物的来源及搬运沉积岩石的风化生物遗体火山灰地下水的溶解物地壳及其物质组成 岩石 二、沉积岩地表水的搬运与沉积冰川作用风波浪作用地壳及其物质组成 岩石 二、沉积岩2、物质组成 矿物组成 （1）碎屑矿物：主要是来自原岩的原生矿物碎屑。如石英、长石、白云母等耐磨损而抗风化较强和稳定的矿物。 （2）粘土矿物：原岩经风化分解后而生成的次生矿物如高岭石、蒙脱石、水云母等。 （3）化学沉积矿物：经化学沉积或生物化学沉积作用而形成的矿物。如

16、方解石、白云石、石膏、岩盐、铁和锰的氧化物或氢氧化物等。 （4）有机质及生物残骸：由生物残骸或经有机化学变化而形成的矿物。如贝壳、泥炭及其它有机质等。地壳及其物质组成 岩石 二、沉积岩 2、物质组成 胶结物： 胶结物对沉积岩的颜色和强度有很大的影响。 （1）硅质胶结：主要成分为石英，质坚、抗压强度高，抗风化力强。 （2）铁质胶结：铁的氧化物和氢氧化物。颜色深，多为棕色、红色和黄褐色，胶结紧密，强度高仅次于硅质胶结，但抗风化力弱。 （3）钙质胶结：方解石和白云石，颜色浅，多呈灰色或青灰色。这类岩石的强度和坚固性高，但具可溶性，遇稀盐酸能起泡为其主要的鉴定特征。 （4）泥质胶结：主要成分为粘土矿物

17、。多呈黄褐色。岩性松软易碎，遇水易崩解、强度低，抗风化力弱。地壳及其物质组成 岩石 二、沉积岩3、沉积岩的结构：指沉积岩的物质组成、颗粒大小、形状、结晶程度。碎屑结构泥质结构化学结构砾状结构砂状结构粉状结构结晶粒状结构鲕状结构结核状结构致密状结构生物结构地壳及其物质组成 岩石 二、沉积岩鲕状结构生物结构地壳及其物质组成 岩石 二、沉积岩4、沉积岩的构造：沉积岩组成物质的空间分布和排列方式。最主要的构造有层理构造、层面构造、层中构造。（1）层理构造沉积岩的水平层理 (美国大峡谷) 地壳及其物质组成 岩石 二、沉积岩4、沉积岩的构造：沉积岩组成物质的空间分布和排列方式。最主要的构造有层理构造、层面

18、构造、层中构造。（1）层理构造交错层理(多向浅水流)地壳及其物质组成 岩石 二、沉积岩（2）递变层理递变层理 (新疆石河子) 地壳及其物质组成 岩石 二、沉积岩（3）波痕与泥裂波痕(南京湖山) 泥裂地壳及其物质组成 岩石 二、沉积岩地壳及其物质组成 岩石 二、沉积岩（4）生物遗迹构造地壳及其物质组成岩类结构分类名称主要亚类及其组成物质 碎屑岩类 碎屑沉积岩类 碎屑结构 粒径2mm 砾岩 角砾岩由未经磨圆的角砾胶结而成。砾岩由磨圆的卵石胶结而成。 粒径20.05mm 砂岩 砂岩由各种成分的砂粒胶结而成。颜色与胶结物的成分有关石英砂岩石英含量90%,岩屑10%；长石砂岩石英含量60%，长石25%,

19、岩屑10%；碎屑砂岩石英含量60%，长石10%,岩屑25% 粒径0.050.005mm 粉砂岩 粉砂岩以石英为主，其次是长石、云母和岩石碎屑 泥质结构粒径0.005mm 泥岩 主要由粘土质矿物组成；主要成分时粘土矿物及少量的极细小的石英、长石、云母和碳酸盐等 页岩 粘土质页岩由粘土质矿物组成 粘土 固结微弱 火山碎屑岩类碎屑结构 粒径2mm 凝灰岩 粒径250mm 火山角砾岩 粒径50mm 集块岩 化学及生物化学岩类 非蒸发岩 结晶结构及生物结构 石灰岩 蒸发岩 白云岩 5、沉积岩的分类：按物质来源和成因，可分为碎屑岩类、粘土岩类、化学岩及生物化学岩类三种。其中，以砂岩、页岩和石灰岩分布最广，

20、约占全部沉积岩的90以上。其分类表如下 所示：地壳及其物质组成 岩石 二、沉积岩砂岩泥岩页岩石灰质岩地壳及其物质组成 岩石 二、沉积岩地壳及其物质组成 岩石 二、沉积岩7、沉积岩对建筑物的影响（）页岩、泥岩：强度低、软弱层。是地下水的隔水层。（）层理构造：力学强度呈各向异性，层理面往往成为软弱面。（）岩石具有可溶性：碳酸盐岩类、硫酸盐岩类。地壳及其物质组成 岩石 三、变质岩 变质岩是一种转化的岩石。地壳中已经存在的岩石（可以是沉积岩，火成岩，乃至早先已形成的变质岩），因温度、压力及介质条件的变化，在没有显著熔融和溶解的固体状态下而形成的一种新的岩石。此种岩石具有与新的物理-化学环境相平衡的新的

21、化学成分、矿物成分和结构、构造。任何变质岩都包含其原岩形成的历史和变质作用的历史。 地壳及其物质组成 岩石 三、变质岩地壳及其物质组成 岩石 三、变质岩、变质岩的矿物成分：既决定于原岩性质，还与变质作用的性质、强度密切相关，因此变质岩具有自己的矿物成分特点，又和火成岩、沉积岩有一定联系，且比它们更复杂多样。主要造岩矿物在三大类岩石中分布情况列入下表：主要在岩浆岩中出现的矿物主要在沉积岩中出现的矿物主要在变质岩中出现的矿物三大类岩石均有的矿物鳞石英歪长石白榴石方钠石黝方石蓝方石玄武角闪石等蛋白石玉髓水铝石粘土矿物海绿石盐类矿物卤化物矿物刚玉，石墨 叶腊石，硬绿泥石，硬玉，浊沸石钠云母，绢云母帘石

22、类，葡萄石，硬柱石绿纤石，符山石，绿泥石，阳起石，滑石，直闪石，硅镁石，透闪石钙镁橄榄石，钙铁辉石蔷薇辉石，硅灰石石英碱性长石斜长石类白云母，黑云母角闪石，辉石橄榄石磁铁矿钛铁矿磷灰石锆石金红石榍石碳酸盐矿物地壳及其物质组成 岩石 三、变质岩、变质岩的结构：岩石中矿物的粒度、形态和晶体之间的相互关系等特征，称之为结构。 变余结构变晶结构碎裂结构柱粒状变晶结构鳞片状变晶结构纤维状变晶结构如：碎裂岩糜棱岩变质过程中，重结晶作用不完全重结晶作用挤压应力使矿物弯曲、破裂甚至粉碎后又被粘结在一起地壳及其物质组成 岩石 三、变质岩（）变余结构：板岩千枚岩片岩片麻岩地壳及其物质组成 岩石 三、变质岩（）变晶

23、结构（）碎裂结构碎裂岩糜棱岩石英岩大理岩地壳及其物质组成 岩石 三、变质岩 、变质岩的构造：变质岩的构造是鉴定变质岩的主要特征，是区别其它岩石的特有标志。变质岩的构造分为两大类，一类为块状构造，另一类是定向构造。定向构造为变质岩所特有，它可以分为板状构造、千枚状构造、片状构造和片麻状构造。块状构造 岩石成坚硬块体。颗粒分布较均匀。常是粒状矿物重结晶的岩石所特有的构造如大理岩、石英岩。 岩石主要由晶粒较粗的浅色矿物（石英、长石等）和片状、柱状的黑色矿物（黑云母、角闪石等）相间平行排列，呈条带状分布的构造。沿片理面不易裂开，为片麻岩所特有的构造。片麻状构造地壳及其物质组成 岩石 三、变质岩板状构造

24、板状构造岩石结构致密沿一定方向易破裂成厚度近于均一的薄板状，如各种板岩。岩石中重结晶的矿物颗粒小，多为隐晶质片状或柱状矿物的定向排列。片理为薄层状、呈丝绢光泽。为千枚岩所特有的构造。片状构造在定向挤压应力的长期作用下，岩石中大量片状、板状和柱状矿物互相平行排列所形成的构造。沿片理面易裂成薄片，其强度、透水性及抗风化能力等也随方向不同而异。千枚状构造地壳及其物质组成 岩石 三、变质岩4、变质岩的分类岩石类别岩石名称主要矿物成分鉴定特征片状的岩石类片麻岩石英、长石、云母片麻状构造、浅色长石带和深色云母带互相交错，结晶粒状或斑状结构云母片岩云母、石英具有薄片理，片理面上有强的丝绢光泽，石英凭肉眼看不到。绿泥石片岩绿泥石绿色，常为鳞片状或叶片状的绿泥石块滑石片岩滑石鳞片状