工程地质及土力学第1章 岩石与矿物

1、第一章 岩石和地质构造1.1 地球与岩石1.2 造岩矿物1.3 岩石1.4 地质年代表1.5 地质构造1.6 岩石与岩体的工程性质1.7 第四纪沉积物的成因、类型与特征1.8 土与土层从卫星上看，地球是一个蓝色的球体。形状为“梨状体”其南极内凹、北极外凸。地球的赤道半径R6378.16km；极半径R6356.755km；扁平率为1297，表面积为51108km2；体积为1.08201012km3；质量约为5.981021T。 地球表面约30%为陆地，约70%为海洋。地球的形状和大小地球已有4446亿岁4月22日定为“地球日”保护环境1.1.1 地壳1.1 地壳硅铝层为主的花岗岩质层铁镁硅元素为

2、主的玄武岩质层1.2 造岩矿物矿物的基本形态地壳中已知矿物有三千多种，但常见的只有200多种，其可分为： 1、造岩矿物 指组成岩石的矿物。 2、造矿矿物 指组成矿石的矿物。 3、次生矿物 当外界条件改变时，矿物的内部构造和性质就会发生变化，形成次生矿物。 1.2 造岩矿物矿物天然产出的、具有一定化学成份和物理特征的单质或化合物。岩石是矿物的集合体，如大理岩由方解石和白云石两种矿物组成。雌黄大理岩石英正长石斜长石1.2 造岩矿物矿物的形态特征1.2 造岩矿物 晶质矿物的基本特点是组成矿物的元素质点(离子、原子、分子)在矿物内作一定的规律排列，形成稳定的结晶格子构造(见图2-1)。 非晶质矿物内部

3、质点的排列没有一定的规律，不具有固定的几何形态。图2-1 岩盐晶体构造矿物的外形往往是矿物化学成分和北部构造在外表的反映，常用来鉴别矿物的类别。1.2 造岩矿物矿物的物理性质1.2 造岩矿物是矿物对白（日）光选择吸收的表现。 是矿物粉末的颜色。指矿物透光能力的大小，即光线透过矿物的程度。 矿物表面反光的光亮程度称为光泽。 颜色条痕透明度光泽如赤铁矿，整块的颜色可呈红、黑、钢灰等色，但其粉末只是樱红色；黄铁矿的颜色为铜黄色，粉末为黑绿色。矿物抵抗外力刻划研磨的能力 。 硬度矿物受到外力的作用，沿一定的方向形成一系列光滑的破裂面的性质，称为解理。不具方向性的不规则断裂面，称为断口。 解理与断口矿物

4、颜色自色他色假色矿物混入某些杂质引起的。晕色锖色矿物内部裂隙引起的对光的折射、散射。矿物表面氧化薄膜引起的对光的折射、散射。颜色较深的黑云母、普通角闪石、普通辉石；颜色较浅的有石英、长石、方解石；纯净无色的石英含碳呈烟灰色；含锰呈紫色；含氧化铁则呈玫瑰色。如方解石的解理面常出现虹彩。斑铜矿表面常出现斑驳的蓝色和紫色。1.2 造岩矿物BACK矿物固有的颜色。透明度的衡量是以矿物薄片为0.03mm厚度为标准，根据所见物体的清晰程度,一般分为三级 :BACK1.2 造岩矿物矿物光泽金属光泽半金属光泽非金属光泽方铅矿、黄铜矿、黄铁矿铬铁矿金刚石金刚光泽玻璃光泽珍珠光泽丝绢光泽油脂光泽蜡状光泽土状光泽长

5、石、方解石的解理面光泽云母纤维石膏和绢云母石英断口的光泽蛇纹石、滑石高岭石等松散块状矿物BACK石英的断口油脂光泽橄榄石的玻璃光泽滑石珍珠光泽矿物的硬度肉眼鉴定工作中，常采用摩氏硬度。 表2-1 矿物相对硬度表(摩氏硬度计)指甲2.5小钢刀 5.51.2 造岩矿物BACK123456789101.2 造岩矿物解理和断口解理断口贝壳状断口锯齿参差状断口纤维状及鳞片状断口土状断口云母、石墨、石膏极完全解理完全解理中等解理不完全解理极不完全解理方解石、方铅矿、萤石白钨矿、普通辉石磷灰石石英、石榴子石石英断口黄铁矿、自然铜蛇纹石高岭土、铝矾土BACK常见主要造岩矿物及简易鉴定方法 认真观察、仔细分析、

6、 相互比较、反复练习。判定金属矿物，非金属矿物观察光泽确定硬度观察形态及其物理性质借助指甲、小刀、钢刀比较借助放大镜、条痕板观测领会 识别主要造岩矿物；三大类岩石的分类原则和主要鉴别方法。几种主要的造岩矿物及其特征；岩浆岩、沉积岩和变质岩的主要种类及几种主要岩样的名称和特征。识记1.1-1.2 知识点总结第1章 岩石和地质构造工程地质第1章 岩石和地质构造地球与岩石1.1造岩矿物1.2岩石1.3地质年代表1.4地质构造1.5岩石与岩体的工程性质1.6第四纪沉积物的成因、类型与特征1.7土与土层1.8岩石是由一种或多种矿物自然组合而成的矿物集合体。按其成因可分为：岩石概述三大类岩石占地壳体积的比

7、例1.岩浆岩(火成岩)原生岩石，岩浆冷却；2.沉积岩(水成岩)次生岩石，外力风化；3.变质岩变质岩石，内力变质作用。1.3.1 岩浆岩岩浆喷出地表，在地表冷却凝固称为喷出作用；也叫火山作用。侵入作用喷出作用岩浆作用 岩浆上升未达到地表，在地壳中冷却凝固，称为侵入作用。岩浆岩是岩浆冷凝形成的岩石，又叫火成岩，占地壳总质量的95%。一、岩浆岩的形成与产状岩浆作用是地壳深部的岩浆受地壳运动影响，沿着地壳中薄弱、开裂地带向地表方向运行、冷凝、固结成岩的过程。岩浆是存在于上地幔和地壳深处、以硅酸盐为主要成分、富含挥发性物质、处于高温（高达700-1300）、高压（高达数千MPa）状态下的熔融体。以硅酸盐

8、为主要成分、富含挥发性物质、高温高压。一、岩浆岩的形成与产状深成岩 形成深度大于3km浅成岩 形成深度小于3km喷出岩 喷出地面凝固而成压力减小，热量散失，最后冷却凝结。岩浆沿构造薄弱带上升按冷凝的地质环境，岩浆岩分为一、岩浆岩的形成与产状岩浆岩的产状 是指岩浆岩的形态、大小及其与周围岩体间的相互关系。深成岩岩基体积巨大，形状不规则，面积一般大于100km2,平面上常呈椭圆形。岩株是基岩边缘的分枝，深部与岩基相连，面积小于100km2。浅成岩岩盘岩浆沿裂隙上升贯入围岩形成上凸下平的透镜体。岩盆岩浆顺层侵入围岩形成下凹盆状。岩床岩浆顺层状岩石侵入，形成不规则状侵入体。岩墙岩浆侵入围岩层理或片理叙

9、交形成板状岩体称岩墙，厚度从几毫米到几米，长几百米到几十千米。喷出岩中心式喷发火山颈裂隙式喷发火山锥、岩溶流、岩溶被二、岩浆岩的矿物成分名称SiO2含量（%）主要矿物成分颜色密度超基性岩类65石英、正长石为主，少量黑云母和角闪石浅小 组成岩浆岩的矿物主要是硅酸盐类矿物；造岩矿物主要为石英、长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石等。三、岩浆岩的结构和构造1.岩浆岩的结构 指构成岩石的(单个)矿物的结晶程度、颗粒大小、形态及彼此之间的组合方式。 全晶质结构：岩石全部由结晶的矿物组成。多见于深成侵入岩中，结晶条件好，缓慢结晶的产物 玻璃质结构：岩石几乎全部由未结晶的火山玻璃所组成。多见于火山岩中，是快速冷

10、凝结晶的产物 半晶质结构：岩石由部分晶体和部分玻璃质组成。多见于浅成岩和火山岩中1. 按结晶程度划分 粗粒结构（粒径5mm） 中粒结构（粒径2-5mm）2. 按颗粒的相对大小划分细粒结构（粒径2-0.2mm） 微粒结构（粒径2mm。碎屑粒径0.25-0.5mm碎屑粒径0.0050.075mm由粒径0.005mm的粘土矿物颗粒组成，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。由生物遗体或碎片所组成，如贝壳结构、珊瑚结构等。岩石中有50%以上的碎屑颗粒被胶结物所胶结，是沉积岩特有的结构碎屑粒径0.5-2mm。细砂结构碎屑粒径0.075-0.25mm2.沉积岩的结构碎屑结构泥

11、质结构结晶状结构生物结构硅质胶结成分为石英及其他二氧化硅，颜色浅，强度高。铁质钙质泥质胶结成分为铁的氧化物及氢氧化物。颜色深，呈红色，强度仅次于硅质胶结。胶结成分为碳酸钙一类的物质。颜色浅，强度低，具可溶性。胶结成分为粘土。胶结松散，强度低，易湿软、风化。石膏质胶结成分为CaSO4。硬度小，胶结不紧密，遇水易膨胀。碎屑结构的胶结物一、沉积岩的特点2.3.2 沉积岩的地质特征是指各组成部分的空间分布和排列方式。 水平层理、斜交层理、波状层理、波状层理、交错层理2. 块状构造1.层理构造3.层面构造4.结 核5.化 石岩石层理不清楚，矿物颗粒排列无一定规律 埋藏在沉积岩中的古代生物遗体或遗迹 波痕

12、、雨痕、泥裂 与沉积岩成分不同的，圆球状或不规则状的无机包裹体3.沉积岩的构造水平层理单斜层理交错层理波痕泥痕结核化石二、沉积岩的分类1.按组成成分、结构和形成条件，分为：二、沉积岩的分类续上表碎屑岩类粘土岩类化学及生物化学岩类火山碎屑岩沉积碎屑岩页岩泥岩石灰岩白云岩泥灰岩砾岩及角砾岩砂岩粉砂岩二、沉积岩的分类2.常见的沉积岩火山角砾岩凝灰岩 (1)砾岩及角砾岩 砾状结构，50以上粒径大于2mm的砾或角砾胶结而成，块状构造。硅质胶结的石英砾岩，非常坚硬，开采加工较困难，泥质胶结的则相反。常见的沉积岩 (2)砂岩 砂粒主要成分为石英、长石及岩屑等，砂状结构，层理构造。砂岩为多孔岩石，孔隙愈多，透

13、水性和蓄水性愈好。是石油、天然气和地下水的聚集所。 (3)粉砂岩 粉砂岩质结构，水平层理清晰，由50以上粒径在0.0020.074mm的粉砂粒胶结而成的。由石英、长石和粉粒及粘土矿物所组成，胶结物多为泥质。结构疏松，强度和稳定性不高。丽江砾岩丽江砾岩常见的沉积岩 （5）页岩 是泥质岩的一种。页岩是分布最为广泛的一种沉积岩，约占大陆沉积物的69%。主要由粘土矿物经脱水固结而形成，粘土结构，页理构造，富含化石。一般情况下，页岩岩性松软，易于风化呈碎片状，强度低，遇水易软化而丧失其稳定性。 （4）泥岩 主要由粘土矿物经脱水固结而形成，具粘土结构，层理不明显，呈块状构造，固结不紧密、不牢固。强度较低，

14、一般干试样的抗压强度约在530MPa之间。（6）石灰岩 主要由方解石组成，次要矿物有白云石、粘土矿物等。化学结晶结构，生物结构，块状构造。石灰岩致密、性脆，一般抗压强度较差。是烧制石灰和水泥的重要原材料，也是用途很广的建筑石材。常见的沉积岩 （7）泥灰岩 主要由方解石和粘土矿物(含量在25-50)组成，化学结晶结构，块状构造，滴稀盐酸剧烈起泡，留下土状斑痕。抗压强度低，遇水易软化，可做水泥的原料。泥灰岩1.3.4 变质岩 地壳中的原岩受构造运动、岩浆活动、高温、高压及化学活动性很强的气体和液体影响，其矿物成分、结构、构造等发生一系列的变化，这些变化称为变质作用。一、变质作用与变质岩 温度高温引

15、起岩石重结晶或使岩石中某些矿物成分发生化学反应。压力静压力，引起矿物体积变小；定向压力，使岩石发生柔性变形或机械破碎，或使矿物定向生长。化学活泼性流体与原岩中的矿物接触发生化学交替或分解作用，形成新的矿物。原有岩石经变质作用后形成的新岩石，称为变质岩。1.变质作用的影响因素 一、变质作用与变质岩变质作用形成于地壳一定的深度，发生于一定的温度和压力范围；沉积岩是在地表或近地表常温常压条件下；岩浆岩形成是高温高压条件；变质作用中的矿物转变是在固态情况下完成的，岩浆岩那种从液态的岩浆中结晶形成的。变质岩与沉积岩和岩浆岩区别热液变质作用接触变质作用区域变质作用动力变质作用由于岩浆的侵入，在岩浆高温的条

16、件下，使接触带的围岩产生重结晶或产生新的矿物 。大规模地壳运动和岩浆活动使地下深处广大地区岩石发生变质。岩石因构造运动而产生的变质作用，成动力变质作用。常与较大的断层带伴生，产生的岩石有断层角砾岩和糜棱岩。 岩浆侵入地壳时岩浆与围岩相互作用，挥发出气体和分离出热液，在高温高压条件下，使围岩的化学成分改变，形成新的矿物。2.变质作用的类型 一、变质作用与变质岩1.变质岩的矿物成分 二、变质岩的特点 岩浆岩残留：石英、长石、角闪石、黑云母等； 沉积岩残留：方解石、白云石、粘土矿物等。原岩残留的矿物变质作用产生的新矿物 绢云母、红柱石、硅灰石、石榴子石、滑石、十字石、阳起石、蛇纹石、石墨等。为变质岩

17、所特有2.变质岩的结构 变余结构变质作用后，重结晶作用不完全，原岩的一部分成分和结构被保留下来。如变余砂状结构。变晶结构碎裂结构是变质岩最常见的结构，是岩石变质作用过程中重结晶所形成的结构。如粒状变晶结构。岩石受力后合矿物发生弯曲、破裂甚至粉碎，后又被胶结起来的结构，如糜棱结构。3.变质岩的构造 片理构造非片理构造块状构造板状构造、千枚状构造、片状构造和片麻状构造为变质岩所特有二、变质岩的特点1.变质岩分类三、变质岩的分类及主要变质岩变质作用岩石名称结构构造主要矿物成分区域变质（由板岩至片麻岩变质程度逐渐加深）板岩变余片理构造板状粘土矿物、云母、绿泥石、石英、长石等千枚岩变余千枚状绢云母、石英

18、、长石、绿泥石、方解石等片岩变晶片状云母、角闪石、绿泥石、石墨、滑石等片麻岩变晶片麻状石英、长石、云母、角闪石、辉石等热力变质或区域变质大理岩变晶非片理构造块状方解石、白云石石英岩变晶块状石英交代变质云英岩变晶块状白云母、石英蛇纹岩隐晶块状蛇纹石动力变质断层角砾岩压碎块状岩石、矿物碎屑糜棱岩糜棱块状石英、长石、绿泥石、绢云母二、主要变质岩简介三、变质岩分类及主要变质岩（1）片岩 具有片状构造，鳞片状变晶结构。主要由片状或柱状矿物(云母、绿泥石、滑石、角闪石等)呈定向排列构成。很多片岩都具有平行的皱纹，这是因为各个方向的作用力不同引起的。 （3）板岩 板块构造，隐晶变晶结构。主要矿物成分为粘土矿

19、物及绢云母、石英、绿泥石等，晶粒极细，不易肉眼辨识，片理厚。 （2）片麻岩 具典型的片麻状构造，粒状变晶或变余结构，晶粒粗大，肉眼可辨识。片麻岩可做建筑石材和铺路原料。片麻岩上的条状是由岩石中不同比例的矿物分布形成的，另外，颗粒大小也可产生条带状。 片岩 片麻岩板岩二、主要变质岩简介 （5）大理岩 块状构造，等粒状变晶结构。主要成分为方解石、白云石等碳酸盐类矿物，其方解石和白云石含量在50%以上。因云南大理盛产此岩石而得名。大理岩具有各种美丽的颜色和花纹，常见的颜色有浅灰、浅红、浅黄、兰色、褐色、黑色等，产生不同颜色和花纹的主要原因是大理岩中含有少量的有色矿物和杂质。 （6）石英岩 块状构造，粒状变晶结构。主要由石英组成的变质岩。是石英砂岩及硅质岩经变质作用形成。质地坚硬，强度很高，抗风化能力强，是良好的建筑石料。 （4）千枚岩 显微变晶片理发育面上呈绢丝光泽的低级变质岩。典型的矿物组合为绢云母、绿泥石和石英，可含少量长石及碳质、铁质等物质。千枚岩大理岩石英岩BACK1.3.5 三大类岩石的关系一、三大类岩的转换关系二、三大类岩的异同三大岩的异同特性岩浆岩沉积岩变质岩产状侵入岩：岩基、岩株、岩盘、岩床、岩墙等喷出岩：熔岩流、熔岩被层状产出一般与变质前的