工程地质学 第二章 岩石的成因类型及工程性质

第二章

岩石的成因类型及其工程地质特征工程地质学§2.1主要造岩矿物§2.2岩石§2.3地质年代及其特征退出1、地球的总体特性赤道半径（a）

6378.4km

两极半径（c）

6365.9km

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(lithosphere)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，主要成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。地球构造元素在地球中的分布其它1.9％其它3％其它1.5％其它＜2％其它＜2％其它＜0.8％其它0.04％氦20.9％氦27％硫1.9％镁1.94％钠1.1％钙0.3％氩0.94％氢77.2％氢70％钙铝2.2％钾2.4％氯1.9％氮0.5％氧20.94％镍2.4％钠2.64％氢10.8％氢6.6％氮78.08％镁12.7％钙3.29％氧84.6％碳39.4％硅15.2％铁4.70％氧52.4％氧29.5％铝7.51%铁34.6％硅25.75％氧49.52％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%地质作用一、内力地质作用1.地壳运动2.岩浆作用3.变质作用4.地震作用二、外力地质作用1.风化作用2.剥蚀作用3.搬运作用4.沉积作用5.成岩作用内力地质作用与外力地质作用紧密关联、相互影响，内力地质作用总的趋势是形成地壳表层的基本构造形态和地壳表面大型的高低起伏，而外力地质作用则是破坏内力地质作用形成的地形和产物，总是“削高填低”，形成新的沉积物，同时又进一步塑造了地表形态。§2.1主要造岩矿物

岩石(rock)是在地质作用下产生的由一种或多种矿物以一定规律组成的自然集合体。岩石按成因分为：岩浆岩(igneousrock)、沉积岩(sedimentaryrock)、变质岩(Metamorphicrock)三大类。sio2含Fe元素的sio22.1.1矿物的基本概念矿物：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造岩矿物：构成岩石的矿物，常见的有石英（SiO2），正长石(KAlSi3O8)、方解石(CaCO3)等。单质矿物：由一种元素组成的矿物(或称自然元素矿物)，如自然金(Au）、金刚石（C）、自然硫（S）等；化合物矿物：由两种或两种以上元素组成的矿物称为，如岩盐（NaCl）、方解石（CaCO3）、石英（SiO2）等。人造矿物：某些人工合成的矿物，虽然它们与自然矿物类似，并不是真正意义上的矿物，故在其名称前冠以“人造”或“合成”二字，如人造金刚石、人造水晶、人造红宝石等，以示与真正矿物的区别。固态矿物按其内部构造可分为晶质矿物和非晶质矿物，晶质矿物：当组成矿物的原子、离子或分子等内部质点呈有序规则排列时，如方解石。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。2.1.2矿物的物理性质

1、颜色（color）自色：矿物固有的颜色，颜色比较固定①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）②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）他色：矿物混入某些杂质所引起的，与矿物的本身性质无关如：石英，含铁后呈现紫色、含碳后呈现黑色。方解石，因杂质渗入而常呈白、黄、浅红、绿、蓝等色假色：由于矿物内部的裂隙或表面的氧化薄膜对光的折射、散射所引起的如：方解石（解理面的彩虹）、斑铜矿（表面班驳的蓝色、紫色）由于他色不固定，不能用他色来鉴定矿物2、条痕（streak）条痕：是矿物的粉末颜色，避免了他色和假色的干扰更稳定范围：透明矿物的粉末多因为反射而呈现白色，鉴定意义不大；因此常用于鉴定不透明物质方法：将矿物在白色无釉瓷板划擦所留下的粉末颜色矿物颜色与条痕不一定相同如：黄铁矿——黄色，条痕为黑色。赤铁矿——赤红、铁黑、钢灰，条痕为樱红色。3、光泽（luster）按其强弱程度：金属光泽—反射很强，象光亮的金属器皿。如：方铅矿、黄铁矿。半金属光泽—反射强。如：磁铁矿、赤铁矿。非金属光泽—造岩矿物绝大部分属于非金属光泽。1.玻璃光泽如长石、方解石解理面2.珍珠光泽如云母3.丝娟光泽如纤维石膏、娟云母等4.油脂光泽石英断口5.蜡状光泽蛇纹石、滑石等6.土样光泽高岭石等松细粒块体4、硬度（hardness）指甲刻画石膏晶体表面测定其硬度，可知约为2－2.5绝对硬度：测定绝对硬度要用特殊装置，以矿物磨光面抵抗金刚角锥压入的能力（按角锥需施压力计算）为标志相对硬度：以实际矿物为标准，称为摩氏硬度计，分十度1.滑石2.石膏3.方解石4.萤石5.磷灰石6.正长石7.石英8.黄玉9.刚玉10.金刚石常用指甲（2~2.5)、铁刀刃(3~3.5)、玻璃(5~5.5)、钢刀刃(6~6.5)来鉴别矿物的硬度矿物硬度确定：根据两种矿物对刻时相互是否刻伤的情况而定5、解理（cleavage）、断口（fracture）云母的一组完全平行解理石盐的三组近直交解理矿物受打击后，能沿着一定方向裂开成光滑平面的性质，称解理，裂开的光滑平面成为解理面，解理面一般平行于晶体格架中质点最紧密、联结力最强的面，因为垂直这种面的联结力最弱，晶粒易于平行此面破裂。不具方向性的不规则破裂面，称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2.1.3常见的主要造岩矿物赤铁矿褐铁矿磁铁矿白云石高岭土红柱石§2.2岩石岩石按成因分为岩浆岩、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。2.2.1岩浆岩（火成岩）1、概述定义：由岩浆冷凝形成的岩石称为岩浆岩，也称火成岩元素组成：O、Si、Al、Fe、Mg、Ca、Na、K、Ti等八种占岩浆岩总量的98%。称为造岩元素化学成分：SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、MnO、CaO、Na2O、K2O、H2O等10种占98％依冷凝成岩浆岩的地址环境不同，将岩浆岩分为两大类：1、侵入岩深成岩：岩浆侵入地壳某深处（约距地表3km）冷凝而成的岩石，由于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，由于岩浆压小，温度降低较快，组成岩石的矿物结晶较细小2、喷出岩：岩浆沿地表裂缝一直上升喷出地表，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岩浆岩的产状Batholith岩基Captivemass俘虏体laccolith岩盘岩墙Rockwall岩株Volcanoneck火山颈Lavaflow岩流Sill岩床侵入岩的主要产状有岩基、岩株、岩脉、岩盘、岩床等喷出岩的主要产状有火山锥和熔岩流等

2、岩浆岩矿物成分根据颜色分为：浅色矿物（硅铝质矿物）：石英、正长石、斜长石、白云母等深色矿物（铁镁质矿物）：黑云母、角闪石、辉石、橄榄石等化学成分分类：岩浆岩的主要化学成分是SiO2

，故以其含量变化作为分类依据SiO2的百分含量45％52％65％岩浆岩的类型超基性岩矿物成分以橄榄石、辉石为主，其次有角闪石，岩石颜色深，比重大基性岩矿物成分以斜长石、辉石为主，少量角闪石和橄榄石，岩石颜色深，比重较大中性岩矿物成分以正长石、斜长石、角闪石为主，少量黑云母和辉石，岩石颜色较深，比重较大酸性岩矿物成分以石英、正长石为主，少量黑云母和角闪石，岩石颜色浅，比重轻3、岩浆岩结构一、按岩石中矿物结晶程度划分1.全晶质结构—岩石全部由结晶质矿物组成，多见于深成岩和浅成岩中2.半晶质结构—岩石由结晶质矿物和非结晶矿物组成，多见于浅成岩和喷出岩3.非晶质结构(玻璃质结构)—岩石全部由结晶质矿物组成，喷出岩结构二、按岩石矿物颗粒绝对大小划分1.显晶质结构—岩石全部由结晶颗粒较大的矿物组成，用肉眼和放大镜可以辨认，根据颗粒大小又分为：粗粒结构（粒径>5mm）中粒结构（粒径2~5mm）细粒结构（粒径0.2~2mm）微粒结构（粒径<0.2mm）2.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，是浅成岩和喷出岩的结构3.玻璃质结构—岩石全部由非晶质组成，是喷出岩的结构三、按岩石矿物颗粒相对大小划分1.等粒结构—岩石中矿物全是显晶质粒状，同种主要矿物结晶颗粒大小大致相等，是深成岩结构2.不等粒结构—岩石中主要矿物的颗粒大小不等，且粒度成连续变化显晶质（微粒结构）显晶质（粗粒结构）半晶质结构（斑状结构）玻璃质3.斑状结构和似斑状结构—岩石由两组直径相差甚大的矿物颗粒组成，大晶粒散布在细小晶粒中，大的叫斑晶，小的叫基质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4、岩浆岩构造岩浆凝固时，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（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

2.2.2沉积岩1、概述定义：在地表和地表下不太深的地方，常温常压条件下，由母岩风化剥蚀产物和生物遗体经搬运、沉积、固结等作用过程所形成的岩石。化学成分：与岩浆岩平均化学成分相似，区别是富含有机质，岩浆岩几乎没有物质成分：沉积岩中已发现的160余种，常见20余种。除母岩原有的矿物外，还有粘土、胶体矿物、易溶矿物、生物遗体和有机质等这些沉积岩特有的表生物质组分。分布：主要分布于地表，约占陆地表面的75％沉积岩的形成2、沉积岩的物质组成1.碎屑物质—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3、沉积岩结构碎屑结构（可进一步分为）胶结物的成分硅质胶结铁质胶结钙质胶结泥质胶结胶结类型基底胶结孔隙胶结接触胶结泥质结构：d＜0.005mm的粘土质点组成结晶结构：由溶液中沉淀或经重结晶所形成的结构，如石灰岩、白云岩生物结构：由生物遗体或碎片所组成，如珊瑚、贝壳结构等按碎屑粒径大小砾状结构d＞2mm

砂状结构d2-0.05mm

粉砂状结构d0.05－0.005mm4、沉积岩构造层理构造：水平层理

斜层理波状层理粒序层理层面构造有：波痕泥裂雨痕沉积岩的层理构造平行层理单斜层理波状层理印模粒序层理交错层理单斜层理交错层理水平层理交错层理泥裂波痕5、沉积岩常见类型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（结构）页岩粘土岩类泥岩石灰岩（灰岩）白云岩化学及生物化学岩类含三叶虫化石的石灰岩2.2.3变质岩1、概述定义：在变质作用产生的岩石。原来已存在的岩石（岩浆岩、沉积岩、变质岩），在地壳中受到高温、高压及新化学成分加入的影响，在固态下发生矿物成分及结构构造变化后形成的新的岩石。变质作用：在变质因素的影响下，促使岩石在固体状态下改变其成分，结构和构造的作用。引起变质作用的因素主要是1.高温2.高压3.新的化学成分的加入矿物成分：除保留原来岩石的矿物，如石英、长石、云母、角闪石、辉石、方解石、白云石等外，由于发生变质作用而产生了许多新的变质矿物，如石榴石、滑石、绿泥石、蛇纹石等。根据变质岩特有的变质矿物，可把变质岩与其它岩石区别开来。2、变质岩结构变质岩基本都是结晶结构变晶结构：因变质作用使矿物重结晶所形成的结构称“变晶结构”。分鳞片状变晶结构、纤维状变晶结构和粒状变晶结构变余结构：如果变质作用进行得不彻底，在形成得变质岩中还残留有变质前原来岩石得结构特征时，称为“变余结构”。比如积形成的砂砾岩，变质后还保留着砾石和砂粒的外形。有时甚至砾石成分发生了变化，其轮廓仍然很清楚碎裂结构：岩石在低温下受定向压力作用，当压力超过其强度极限时发生破裂、错动、形成碎块甚至粉末后又被胶结在一起的结构，它是动力变质岩中常见结构，又分为碎裂、碎斑、糜棱结构变质岩的形成3、变质岩构造片理构造1.板状构造—片理厚，片理面平直，基本没有重结晶，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2.千枚状构造—片理薄，片理面较平直，重结晶不明显，颗粒细密，容易裂开成千枚状，呈丝娟光泽，如千枚岩3.片状构造—重结晶明显，片状或柱状矿物沿片理面富集，平行排列，片理很薄，沿片理面容易剥开呈不规则薄片，光泽强，如云母片岩4.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、柱状矿物相间断平行排列，沿片理面不易裂开，如片麻岩块状构造—矿物或矿物集合体在岩石中排列无顺序，呈均匀地分布。如大理岩、石英岩、角岩等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）①片理构造岩类（构造）大理岩角岩含石榴子石②块状构造岩类石英岩2.2.4三大岩类的肉眼鉴别1、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③分析岩石的主要矿物成分，确定岩石的名称2、沉积岩的鉴别方法①先观察岩石的结构，根据结构主要分为三类岩石②然后针对不同结构岩石采用不同的方法进一步确定3、变质岩的鉴别方法①先观察岩石的构造，根据构造分为片理构造和块状构造②然后针对不同构造岩石采用不同的方法进一步确定常见岩石的某些物理性质§2.3地质年代及其特征2.3.1地质年代一、岩层相对年代的确定方法1.沉积岩相对地质年代确定方法①地层对比法：沉积岩的原始沉积总是一层一层叠置起来的，它们存在着下伏沉积一定早于上覆沉积的相对新老关系。新

老②地层接触关系法沉积地层在形成过程中，由于地壳的升降运动，上下岩层产生不整合接触。不整合接触面的上下岩层，由于在时间上有了阶段性的变化，岩性及古生物等都显著不同。因此不整合面就成了划分地层相对年代的一个重要依据。③岩性对比法以岩石的组成、结构、构造等岩性方面的特点为对比的基础，认为在一定区域内同一时期形成的岩层，其岩性特点基本上是一致的或近似的。整合平行不整合角度不整合④古生物化石法：生物演化是由简单到复杂，由低级到高级，生物种属由少到多，而且这种演化和发展是不可逆的。因而，各地质时期所具有的生物种属、类别是不相同的。时代越老，所具有的生物类别越少，生物越低级，构造越简单；时代越新，所具有的生物类别越多，生物越高级，构造越复杂。因此，在时代较老的岩石中保存的生物化石相对较低级，构造较简单；而在时代较新的岩石中保存的生物化石相对较高级，构造较复杂。菊石类化石植物化石5亿年前3亿年前4亿年前硬壳动物出现

两栖类动物出现鱼类出现2-3百万年前1亿年前2亿年前爬行动物出现恐龙出现人类出现2.岩浆岩相