工程地质学课件 1-2 矿物及岩浆岩

第2章岩石的成因类型及其工程地质特征

前言地壳运动与地质作用

一、地球的形状和大小经卫星测定，地球是一个“梨状体”，其南极内凹、北极外凸。

赤道半径:R=6378.4Km极半径:R=6365.9Km扁平率:1/298表面积:51×108km2体积为:1.0820×1012km3质量:5.98×1021吨。

从卫星上观察，地球是一个蓝色的球体。地球的层圈构成对流层0～11km平流层11～50km中间层50～80km热成层80～800km散逸层＞800km大气圈：厚度大约有两三千公里。大气的成分复杂，但主要由氮气和氧气组成，总质量约为5000多亿吨，其中氮气约占空气总容积的78%，氧气约占21%。水圈：主要由海洋构成，海洋的面积约占地球表面积的71%，海洋水约占地球总水量的97.3%。生物圈：地球上动物、植物和微生物所存在和活动的空间地壳：地球的固体外壳。大陆上厚的70公里，海洋里薄的仅10公里，平均厚度在33km左右。组成地壳的物质主要是硅铝层（2.7g/cm³

）和硅镁层（2.9g/cm³

）地幔：中间构造层，富含铁镁的硅酸盐物质。地核：主要化学成分是铁，镍，所以又称铁镍核心。外地核熔融状态的铁镍（10.5g/cm³

），内地核固态铁镍（12.9g/cm³

）地球的内层圈结构示意地球内部圈层地震波速变化地球板块运动示意图地质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。一、矿物的概念矿物是地壳中的一种或多种元素在各种地质作用（自然作用）下形成的自然产物，是具有一定化学成分、内部构造和物理性质的自然元素或化合物。矿物是构成地壳的最基本物质。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。如人造金刚石、人造水晶、人造红宝石等。2.1主要造岩矿物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：组成矿物的原子、离子或分子等内部质点呈有序规则排列，如方解石。非晶质矿物：内部质点呈无序排列的矿物。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，特别是由于埋藏使温度、压力较高时可逐渐转化为晶质矿物，这种作用称为“脱玻化”作用。目前发现的地壳中的造岩矿物多达3千余种，以硅酸盐类矿物为最多，约占矿物总量的90%。1、硅酸盐类矿物：长石类——钾长石、钙长石（易风化）云母类——白云母、黑云母（不易风化）辉石类角闪石类2、氧化类矿物：主要有石英、磁铁矿、赤铁矿等（不易风化）。造岩矿物中分布最为广泛有斜长石、石英、正长石和辉石等。二、造岩矿物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三、原生矿物和次生矿物

按矿物的形成、变化方式，可将造岩矿物划分为原生矿物和次生矿物。1．原生矿物由地幔中的岩浆侵入地壳或喷出地面后冷凝而成，且未发生任何质及形态变化的矿物称为原生矿物，如正长石、斜长石，黑、白云母，辉石，角闪石，石英，方解石，磁铁矿等。2.

次生矿物次生矿物通常由原生矿物在水溶液中析出形成，也有的是在氧化、碳酸化、硫酸化或生物化学风化作用下形成。次生矿物有很多种，有难溶性盐类如和等；可溶性盐类如和等以及各种粘土矿物，其中最为主要的就是高岭石、伊里石和蒙脱石等粘土类矿物。常用的矿物鉴别标志有：1.晶体形状或形态矿物常可根据其形状或形态加以区分。（1）按照矿物几何形态：①一向延伸类矿物：柱状、针状、纤维状——角闪石、石棉、石英等；②二向延伸类矿物：板状或片状——云母、板状石膏等；③三向延伸类矿物：立方体、八面体、菱形十二面体——正长石、橄榄石、磁铁矿等（2）按照矿物聚集状态：①单体：针状、柱状、片状、板状、立方体、菱面体、菱形十二面体②集合体：纤维状、鳞片状、粒状、块状、土状、钟乳状四、矿物的物理性质2．

颜色矿物的颜色是矿物对光线吸收和反射的物理性能的表现。有些矿物具有与其它矿物明显不同的颜色，这类矿物即可根据其颜色加以区分。矿物颜色按照成因可以分为自色、他色和假色。黄铁矿—铜黄色自色，矿物的固有颜色，颜色固定，如黄铁矿。孔雀石他色，是矿物混入了某些杂质所引起的，与矿物的本身性质无关。他色不固定，随杂质的不同而异，对于鉴别矿物没有很大意义。纯净水晶紫水晶（Fe）粉红色水晶假色，由于矿物内部的裂隙或表面的氧化膜对光的折射、散射所引起的。①方解石解理面上常出现虹彩。②斑铜矿表面常出现斑驳的蓝色和紫色（锖色），新鲜面为暗铜红色。冰洲石—无色、透明无裂痕的完好方解石斑铜矿(氧化引起)※条痕色是指矿物粉末的颜色，通常使用粗瓷板（条痕板）摩擦时留下的痕迹，它可消除假色的干扰，是一种鉴别不透明矿物的主要标志。有些矿物的条痕色与其颜色相同，例如孔雀石（鲜绿色）、自然金（金黄色）。另一些矿物的条痕色与颜色不同，例如黄铁矿，颜色为铜黄色，而条痕色为绿黑色。

左为黄铁矿，右为磁铁矿自然金3.

光泽光泽是指矿物的表面反射光的能力，它是用来鉴别矿物的重要标志之一。按矿物表面反射光的强弱程度，可分为金属光泽（如黄铁矿）、半金属光泽（如磁铁矿）和非金属光泽。金属光泽黄铁矿方铅矿磁铁矿半金属光泽黑稀金矿金刚光泽：为微透明或半透明，反射能力又很强的矿物所具有，如闪锌矿，金刚石。玻璃光泽：象玻璃光面所反射的光泽。大多数透明。半透明矿物的平坦面往往具有玻璃光泽，如石英、方解石晶面上的光泽。造岩矿物绝大多数具有玻璃光泽。金刚石石英晶面油脂光泽：矿物表面象涂了一层油脂薄膜所反射出来的光泽，一般在透明、半透明矿物的粗糙表面，由于反射消散所致，如块状石英的断口上的光泽。珍珠光泽：象贝壳内部珍珠状表面形成的彩色变幻，这是有薄片状矿物表面或解理面上光的连续反射和干涉所致。如白云母、黑云母和蛭石。石英断口白云母丝绢光泽：象丝线的光泽，为平行纤维状矿物由于反射光相互干扰所致，如石棉、纤维石膏。蜡状光泽：像石蜡表面呈现的光泽。如蛇纹石、滑石等致密块体矿物表面的光泽。滑石蛇纹石纤维石膏土状光泽：细分散的颗粒集合体，具有很多的细孔，使光线陷入孔内，向各个方向散射，因而使矿物表面暗淡无光，如高岭石。高岭石4、密度矿物都有其特有的物质构成，因而各自具有不同的密度。如金刚石和石墨，前者的密度为3.47～3.65g/cm³，后者的密度为2.09～2.23g/cm³。大多数的矿物比正在2.5～4g/cm³之间，一般称密度小于2.5g/cm³的矿物为轻矿物（如岩盐、石膏等），密度大于4g/cm³的为重矿物（如黄铁矿、磁铁矿等）。5、硬度硬度是指矿物表面抵抗外力刻划或摩擦的能力。用肉眼来鉴别矿物时采用所谓摩氏硬度来划分矿物的相对硬度。它用10种硬度不同的矿物作为硬度标准，从最小到最大依次划定为10个等级。应该指出的是，上述等级只表示矿物间硬度的相对大小，并非意味着硬度为10的矿物比硬度为1的矿物硬10倍。实际上金刚石的硬度要比石英硬lOOO倍，比刚玉硬150倍。注意：风化、裂隙、杂质等会影响矿物的硬度，因此在鉴别矿物是必须在矿物的新鲜晶面或解理面上进行。6.

透明度矿物的透明度是指矿物透过光线的能力。观察矿物的透明度时，要使矿物样本具有相同的厚度，肉眼观察时可在矿物碎片的边缘进行。根据透光程度或矿物透明度的不同，可将所有成粗大晶体出现的矿物分为三类：透明矿物——如水晶、冰洲石等；半透明矿物——如滑石等；不透明矿物——如黄铁矿，磁铁矿等。透明半透明不透明7.解理和断口矿物受力后沿一定方向规则开裂形成光滑分裂面的性质称为解理性质，开裂形成的光滑分裂面称为矿物的解理面。矿物晶体的这一性质，完全由其内部构造所决定，而与晶体外形无关。如方解石有菱面体、柱状体甚至完全不规则的晶体外形，但其解理同为菱面体。一组解理二组解理三组解理白云母斜长石方解石依照解理形成的难易和解理面的光滑程度，将矿物解理分为五级：①极完全解理：矿物受敲击时，极易裂成薄片，解理面非常光滑，如云母、绿泥石等②完全解理：矿物受敲击时，裂成块状或板状，解理面平滑闪光，如方解石、岩盐等。③中等解理：矿物被敲碎后，在其碎块上既有平滑的解理面，又可在另外方向上出现不规则的断裂面，如长石，角闪石等。④不完全解理；矿物被敲碎后，很难发现解理面，其解理面须在碎块中仔细寻找，如磷灰石、橄榄石等。⑤极不完全解理：这类矿物实际上不存在解理性质，所以被击碎的颗粒无解理，如磁铁矿、刚玉等。当矿物受力破坏后形成的断裂面呈不规则状时，则称其为断口。贝壳状断口锯齿状断口参差状断口平坦状断口※矿物节理的完全程度和断口是互相消长的，解理完全时则不显断口。贝壳状断口8．磁性及其它特性除可按照矿物的上述物理力学性质对其进行鉴别之外，有些矿物还可根据其具有的一些独特性质来加以鉴别。磁铁矿具有磁性；云母片具有弹性；方解石遇冷的稀盐酸会很快起泡，而与其相像的白云石则反应缓慢。§2.2.1岩浆岩

岩石：造岩矿物的天然集合体。一.岩浆、岩浆作用、岩浆岩

1.岩浆：地壳深处局部地段高温、高压的熔融物质。

2.岩浆作用：岩浆形成、演化、运动、直到冷凝成岩的全过程。

3.岩浆岩：岩浆冷凝后形成的岩石：喷出岩（喷出地表面）侵入岩：浅成岩（地表面至地下3km）深成岩（地下3km以下）第二节岩浆岩二.岩浆岩产状岩浆岩产状:侵入岩：深成岩：岩基>100平方公里岩株<100平方公里浅成岩：岩床、岩盘（顺着岩层面）岩墙、岩脉（顺着断层面）喷出岩：熔岩被熔岩原（稀性岩浆）熔岩流火山锥、熔岩钟（粘性岩浆）火山石块>100mm附：喷出物：火山弹2-100mm

火山灰<2mm

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

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