第一章矿物和岩石11

土木工程地质第1章矿物与岩石

——地球基本知识一、外部地球古代人们的认识：①古代中国：大地由鳌鱼驼着；②古代俄罗斯：大地托在三条鲸鱼身上；③古印度：大地在四只象身上，而象站在一只乌龟身上；④古巴比伦：大地直接浮在大洋表面；⑤古希腊：天体绕圆形轨道运行，天体是圆的。现代人们的认识：哥白尼→布鲁诺→伽利略地球是个轴向稍扁的旋转椭球体，如南瓜、灯笼……

赤道半径a=6378.140km,

两极半径c＝6356.755km,

平均半径(a2c)1/3=6371.004km地球在宇宙中是个极为普通的星球从太空看地球对于地球的一些有意思的推测地球平均密度为5.5，地球以29.76km/sec的速度绕太阳转动，还以11.2km/sec的赤道速度自转，每天自转一周。

推测：①地球的平均密度为5.5g/cm3，而地壳岩石的密度为

2.65g/cm3左右，那么地球内部一定存在高密度物质；②地球的球形形状，说明它可能经历过熔融或软化阶段（小行星、星际碎块都是形状不规则的）；③旋转椭球形是自转的结果，说明地球具有一点塑性；

二、内部地球人们通过钻探(深12262米，前苏联)了解浅部地球的的组成情况，通过对地震波波速及传播性质的确定来探知更深处的结构。前苏联科拉钻井：1970-1993石油钻机地震探测地球结构软流圈岩石圈上地慢土木工程地质第1章矿物与岩石

——主要造岩矿物一、矿物概述概念：在地壳中天然形成的，具有一定化学和物理性质的自然元素或化合物，通常是无机作用形成的均匀固体。石英（SiO2）方解石（CaCO3）矿物的物理性质1、矿物的形态按照形体分：固态、液态(自然汞）显晶质矿物（结晶条件良好）结晶质矿物隐晶质矿物（结晶条件不好）按照结晶情况分：玻璃矿物-火山玻璃非晶质矿物胶体矿物-蛋白石单体形态：白云母（片状）云母（鳞片状）斜长石（板状）石英（柱状）

黄铁矿（立方体状）

方解石（菱面体状）集合体形态粒状块状（白云石）土状（高岭石）豆状（赤铁矿）肾状（赤铁矿）鲕状（赤铁矿）纤维状（石膏）钟乳状（方解石）2、矿物颜色自色：矿物本身固有颜色按照矿物的成色原因分：他色：矿物中混有其他杂质假色：矿物内部裂隙，光折射黄铁矿的铜黄色紫水晶的紫色矿物表面虹彩3、矿物条痕矿物在白色无釉瓷板上刻划所留的痕迹，称为条痕。可在鉴定矿物时消除假色，减弱他色。4、光泽矿物表面对光的折射能力金属光泽、半金属光泽、非金属光泽半金属光泽金属光泽金刚光泽玻璃光泽油脂光泽珍珠光泽丝绢光泽土状光泽5、透明度矿物透过可见光的程度。

透明矿物、半透明矿物不透明矿物半透明矿物透明矿物不透明矿物6、硬度概念：是矿物受刻画时所表现出来的强度，是矿物抵抗刻画的能力。

德国矿物学家摩氏(F.Mohs)取自然界常见的十种矿物作为标准，将硬度分为1度到10度十个等级，即摩斯硬度标准，也称为摩氏硬度计。滑石（硬度1）石膏（硬度2）方解石（硬度3）萤石（硬度4）磷灰石（硬度5）正长石（硬度6）石英（硬度7）黄玉（硬度8）刚玉（硬度9）金刚石（硬度10）

测试硬度的简便物件7、解理概念：在外力敲击下，矿物沿一定结晶平面破裂的固有特征称为解理。极完全解理、完全解理、中等解理、不完全解理方解石（完全解理）云母（极完全解理）在外力作用下，可以沿着解理方向裂成平面。解理面不太平滑，易出现断口。如白钨矿、普通辉石等。

中等解理矿物在外力作用下，不容易裂出解理面。解理面不平整，容易成为断口。如磷灰石等。

不完全解理8、断口概念：不具有解理的矿物，在捶击后沿任意方向产生不规则断裂。常见的断口形式有：贝壳状、平坦状、锯齿状、土状等。贝壳状断口蛇纹石平坦状断口9、密度矿物的密度取决于组成元素的相对原子质量和晶体结构的紧密程度。二、主要造岩矿物及其鉴定特征

矿物鉴定方法：先观察颜色↓然后鉴定硬度↓最后观察解理、断口及其它特征确定出矿物的名称

序号名称及化学成分形状颜色解理与断口硬度鉴定特征图片

1石英

SiO2

六方柱块状无色乳白无贝壳状7无色硬度很大，无解理，贝壳断口，油脂光泽2正长石

KALSi3O8

柱状薄板状肉红灰白两组一组完全，一组中等6肉红色粗短柱状两向正交解理3斜长石（Na,Ca）ALSi3O8

板状短柱状灰白两组一组完全，一组中等6灰白色板状两向斜交解理序号名称及化学成分形状颜色解理与断口硬度鉴定特征图片

4白云母片状无色白单向极完全2.5~3无色，白色薄片有弹性5黑云母片状黑棕黑单向极完全2.5~3深色，薄片有弹性，一组极完全解理6角闪石长柱状深绿至黑色两组完全6

绿黑色，长柱状7辉石短柱状粒状绿黑至黑色两组完全6绿黑或黑色，短柱状序号名称及化学成分形状颜色解理与断口硬度鉴定特征图片

8橄榄石(Mg,Fe)2SiO4

粒状集合体橄榄绿无，贝壳状6.5~7橄榄绿色，粒状集合体9方解石

CaCO3

菱面体，块体白，褐红三组完全3菱形块体与HCl剧烈反应10白云石(Mg,Ca)CO3

菱面体，块体灰白三组完全3.5~4菱形块体与HCl微反应11硬石膏

板状，柱状无色，灰白三组完全3~3.5灰白，三组完全解理面，遇水膨胀序号名称及化学成分形状颜色解理与断口硬度鉴定特征图片

12石膏CaSO4·2H2O

板状，纤维状无色，灰白单向完全1.5~2板状或纤维状，一组完全解理13滑石

Mg3Si4O10(OH)2

块状，鳞片状灰白，淡红单向完全1浅灰色，有滑感，性软14绿泥石

(Mg,Fe)5Al

(AlSi3O10)(OH)8

鳞片状集合体深绿单向完全2~2.5深绿，鳞片状集合体，薄片有挠性序号名称及化学成分形状颜色解理与断口硬度鉴定特征图片

15高岭石

Al4Si4O10(OH)8

鳞片状土状白灰黄单向完全1~3性软，粘舌，有可塑性16伊利石

KAl5Si7O20(OH)4

鳞片状土状白浅黄等单向完全1性软，有可塑性17蒙脱石

Al4Si8O20(OH)4

土状白浅红等单向完全1~2性软，滑腻，吸水膨胀序号名称及化学成分形状颜色解理与断口硬度鉴定特征图片

18赤铁矿

Fe2O3

块状，鲕状红褐，铁黑无，土状5.5~6红褐至铁黑色，条痕缨红色19蛇纹石Mg6Si4O10(OH)8

块状，纤维状黄绿至黑色无，贝壳状3~3.5绿黑，深绿，有斑状色纹似蛇皮20磷灰石

Ca5(PO4)3(F,Cl)针状六面柱体白，绿不完全5灰白色，呈多种集合形态土木工程地质第1章矿物与岩石

——岩浆岩几组精彩火山图片2009.3.18-汤加火山爆发海南岛琼北火山长白山天池——火山口湖黑龙江五大连池一、岩浆岩的成因概述由岩浆冷凝固结形成，以硅酸盐为主要成分，富含挥发性物质，在上地幔和地壳深处形成高温高压熔融体。岩浆岩分布占地球表面积的7%，占地壳岩石体积的64.7%。火山锥火山灰熔岩流岩床岩基岩盘火山颈分类①按照成分分：基性岩浆：富含铁、镁氧化物，粘性小。酸性岩浆：富含钾、钠、硅酸，粘性大。②按岩浆形成时的运动特征：侵入岩：岩浆沿地面薄弱部位上升冷却。喷出岩：岩浆喷出达到地表形成。

熔岩：岩浆溢出地表，冷凝形成。火山碎屑岩：岩浆或其碎屑物质被火山猛烈喷发，回落地面。二、岩浆岩的产状岩浆岩的产状是指岩浆岩岩体的形态、大小及其与周围围岩的关系。侵入岩产状岩基、岩株、岩盘（岩盆）、岩床、岩墙和岩脉喷出岩产状熔岩流：岩浆流出地面形成面积广大的熔岩流，由于火山喷发的间歇性，在垂直方向上具有不同喷发期的层状构造。火山锥及熔岩台地：粘性大的岩浆沿火山口喷出，流动性较小，和火山碎屑粘结在一起，形成以火山口为中心的锥状山体。三、岩浆岩的结构概念：指岩石中矿物的结晶程度、晶粒的大小、形状及它们之间的相互关系。其结构特点与岩浆的化学成分、物理化学状态及成岩环境密切相关。按结晶程度分类

1、全晶质结构岩石全部由结晶矿物组成，岩浆冷凝速度慢。

2、半晶质结构同时存在结晶质和玻璃质的一种岩石结构，见于喷出岩。

3、玻璃质结构岩浆喷出迅速冷却，矿物来不及结晶。全晶质结构玻璃质结构半晶质结构按矿物颗粒绝对大小分类

1、显晶质结构

2、隐晶质结构中粒结构(花岗岩)粒径1～5mm粗粒结构（辉长岩）粒径＞5mm细粒结构（闪长岩）粒径0.1～1mm伟晶结构(伟晶岩)粒径＞10mm隐晶质结构（玄武岩）按照矿物颗粒的相对大小分类

1、等粒结构2、不等粒结构3、斑状结构等粒结构斑状结构斑晶基质斑状结构，正长岩斑状结构四、岩浆岩的构造概念：岩石中矿物的空间排列和充填方式。流纹状构造块状构造气孔状构造杏仁状构造枕状构造五、岩浆岩的化学成分和矿物成分化学成分

SiO2、Al2O3、Fe2O3等，其中以SiO2含量的多少划分岩浆岩的种类。岩浆岩的矿物成分主要矿物30多种，常见的有十几种，按照颜色分从浅到深，硅、铝（长石、石英、白云母）→镁、铁（黑云母、角闪石）根据造岩矿物的含量可以把岩浆岩造岩矿物分为：主要矿物：岩石中含量较多，对划分岩石有决定性作用。次要矿物：岩石中含量较少，对于划分岩石大类不起作用，但是在本大类岩石命名中起重要作用。

副矿物：岩石中含量极少对岩石命名不产生影响。六、岩浆岩分类岩浆岩分类表颜色浅深岩浆类型酸性中性基性超基性SiO2

含量（％）＞65%65～52%52～45%＜45%石英含量（％）＞20%＜5%＜5%无或很少无长石种类及含量钾长石＞斜长石钾长石为主斜长石为主斜长石为主一般无长石以黑云母为主，角闪石次之10～15%以角闪石为主，黑云母、辉石次之15～40%以角闪石为主，黑云母、辉石次之15～40%主要为辉石，可有角闪石、黑云母、橄榄石等＜90%橄榄石辉石＞90%喷出岩岩钟岩流杏仁气孔流纹块状非晶质（隐晶质）火山玻璃：黑曜岩、浮岩等科马提岩隐晶质斑状流纹岩粗面岩安山岩玄武岩苦橄岩侵入岩浅成岩床岩墙块状斑状全晶细粒花岗斑岩正长斑岩闪长玢岩辉绿岩金伯利岩深成岩株岩基结晶斑状全晶中、粗粒花岗岩正长岩闪长岩辉长岩橄榄岩辉岩暗色矿物种类及含量结构构造产状成因类型主要岩浆岩的鉴定特征类型岩石名称颜色结构构造主要矿物成份图片酸性岩花岗岩灰白肉红色全晶粒状块状石英、正长石、斜长石，偶含黑云母、角闪石花岗斑岩灰红浅红色似斑状块状石英、正长石、斜长石，偶含黑云母、角闪石流纹岩浅红浅灰或灰紫色隐晶质流纹状长石、石英类型岩石名称颜色结构构造主要矿物成份图片

中性岩正长岩浅灰或肉红色全晶粒状块状正长石、斜长石正长斑岩浅灰或肉红色斑状块状正长石、斜长石粗面岩灰色或浅红色斑状或隐晶质块状透长石、正长石、斜长石类型岩石名称颜色结构构造主要矿物成份图片中性岩闪长岩灰色或灰绿色全晶粒状块状角闪石、斜长石闪长玢岩灰绿、灰褐色斑状块状角闪石、斜长石安山岩灰、棕、绿等隐晶质块状角闪石、斜长石类型岩石名称颜色结构构造主要矿物成份图片基性岩辉长岩深灰、黑绿至黑色全晶粒状块状辉石、斜长石辉绿岩多灰绿至黑绿色隐晶质块状辉石、斜长石玄武岩灰黑、黑绿至黑色隐晶质块状、杏仁状气孔状辉石、斜长石类型岩石名称颜色结构构造主要矿物成份图片超

基

性

岩橄榄岩橄榄绿或黄绿色全晶粒状块状橄榄石和少量辉石辉岩灰黑、黑绿至黑色全晶粒状块状辉石和少量橄榄石类型岩石名称颜色结构构造矿物成份鉴定特征图片火山玻璃黑曜岩浅红、灰褐及黑色玻璃质块状或流纹状相当于流纹岩具贝壳状断口，比重较轻浮岩灰白、灰黄色非晶质气孔状岩浆中的泡沫物质质轻，多孔状土木工程地质第1章矿物与岩石

——沉积岩几组精彩沉积岩图片火星沉积岩层一、沉积岩的形成概述沉积岩是在地球表面常温常压条件下，由先期岩石的风化产物、有机质，经搬运、沉积和成岩作用而形成的岩石。该种岩石占岩石总体积的7.9%，覆盖陆地表面的75%，绝大部分洋底也被沉积岩覆盖。大体分为四个过程：沉积物生成、搬运、沉积和成岩作用。沉积物质来源沉积物的搬运沉积物的沉积机械沉积：水流力或风力减缓，碎

屑沉积。化学沉积：真溶液或化学沉积，如

碳酸盐和硅酸盐的沉积。生物沉积：生物活动或生物遗体的

沉积。沉积物的成岩作用概念：由松散的沉积物转变为坚硬的沉积岩，所经历的脱水、胶结、重结晶、形成新矿物过程。1.4.2、沉积岩的构造-空间分布和排列方式层理构造岩层是组成地层的基本单元，它在一定的范围内，生成条件基本一致的条件下形成，按照层理的厚度不同可以把岩层分为：巨厚层（h＞1.0m）、厚层（0.5m＜h≤1.0m）、中厚层（0.1m＜h≤0.5m）、薄层（h≤0.1m）层理形态水平层理波状层理单斜层理交错层理层面构造概念：指在沉积岩层面上保留有沉积时水流、风、雨、生物等作用留下的痕迹。结核概念：岩体中的成分、结构、构造和颜色不同于周围岩石的矿物集合体团块。常见结核有硅质、钙质、石膏质。生物构造概念：在沉积过程中，由于生物遗体、生物活动痕迹和生态特征埋藏于沉积物中，经固结成岩作用而成。1.4.3、沉积岩的结构-颗粒形态、大小和连接形式碎屑结构按照颗粒大小和磨圆度：砾状结构(颗粒大于2mm)、砂状结构(0.005-2mm)按胶结物及胶结方式分：硅质、铁质、钙质、泥质基底胶结、空隙胶结、接触胶结

胶结物含量减少岩石储水能力增加岩石强度减弱泥状结构该结构沉积岩几乎全由小于0.005mm的粘土颗粒组成。化学结构和生物化学结构概念：化学结构由化学作用从溶液中沉淀的物质经成岩作用形成，生物化学结构几乎全部由生物遗体所组成。1.4.4沉积岩的分类及主要沉积岩的特征类型岩石名称结构主要成分及其他特征碎屑岩类砾岩砾状(粒径>2mm)砾石碎屑多为坚硬岩石和硬度较高的矿物砂岩砂状(粒径2-0.05mm)碎屑多为耐风化的矿物颗粒如石英和长石，少量以岩石碎屑为主粉砂岩砂状(粒径0.05-0.005mm)碎屑多为如石英、长石及白云母颗粒，很少岩石碎屑泥质岩类泥岩泥质(粒径<0.005mm)粘土矿物和粒径<0.005mm的其他矿物碎屑页岩粘土矿物和粒径<0.005mm的其他矿物碎屑，薄层理构造化学及生物化学岩类石灰岩隐晶质或结晶粒状方解石白云岩隐晶质或结晶粒状白云石泥灰岩泥质除方解石和白云石外，含25-50％粘土矿物序号岩石名称结构构造矿物成分图片1角砾岩砾状结构块状构造原岩碎屑成分2砾岩砾状结构块状构造原岩碎屑成分3砂岩砂状结构块状构造石英砂岩常见碎屑岩序号岩石名称结构构造矿物成分图片4钙质粉砂岩粉砂状结构块状构造5泥质粉砂岩粉砂状结构块状构造常见粘土岩序号岩石名称结构构造主要矿物成份图片

1页岩泥状结构页理构造粘土矿物2油页岩泥状结构页理构造

粘土矿物、有机质3泥岩泥状结构块状构造粘土矿物序号岩石名称结构构造主要矿物成分鉴定特征图片1石灰岩化学结构块状构造方解石，有时含少量白云石或粗砂粒、粘土矿物等。遇稀HCl剧烈起泡2白云岩化学结构块状构造白云石，有时含少量方解石或其它杂质。遇冷HCl不易起泡，滴Mg试剂由紫变蓝常见化学岩及生物化学岩序号岩石名称结构构造主要矿物成分鉴定特征图片3泥灰岩化学结构块状构造

方解石、粘土矿物点稀HCl起泡后，表面残留下粘土物质4燧石岩化学结构块状构造燧石序号岩石名称结构构造矿物成分图片5介壳灰岩生物化学结构块状构造方解石、介壳6珊瑚礁灰岩生物化学结构块状构造方解石、珊瑚7竹叶状灰岩同生砾状结构块状构造方解石、竹叶土木工程地质第1章矿物与岩石

——变质岩玉杯“一捧雪”蓝田玉青田玉1.5.1变质作用因素及类型概述地壳环境处于不断的变化之中，为适应新的地质环境和物理化学条件，先期的结构、构造和矿物成分将产生一系列的改变，这种改变作用称为变质作用。由岩浆岩形成的变质岩称为正变质岩，由沉积岩形成的变质岩称为副变质岩。变质岩的分布面积占大陆面积的1/5，地史年代中较为古老的岩石均为变质岩。前寒武纪岩石大部分为变质岩！变质作用的因素①高温高温可以使矿物重新结晶，改变原岩的矿物成分和结构。高温来源有：岩浆的侵入、地下深处的热源、放射性元素蜕变热源。高温②压力静压力：由于上部岩体重量引起。动压力：由于地质构造运动产生。

③化学活泼性流体岩浆分化后期产生化学活泼性流体，与周围岩石接触发生化学交替、分解。如：

Al4[Si4O10](OH)82Al2[SiO4]O+2SiO2+4H2O

高岭