《工程地质学》第二章矿物与岩石

1、CHONGQING UNIVERSITY,ENGINEERING GEOLOGY,矿物与岩石,地壳岩石（岩石-土）矿物,岩石：由一种或几种矿物自然组合而成的矿物集合体。,矿物的概念,矿物的形态及物理性质,形态、光学性质、力学性质和磁性,石英（SiO2）、正长石（KAlSi3O3）、方解石（CaCO3）等,矿物:是指在各种地质作用中所形成的天然单质元素或化合物. 造岩矿物: 组成岩石的主要矿物,2.1 矿物,大部分矿物为晶体，部分是非晶体。 每一种矿物都有它基本的化学组成和物理特性,至今发现的矿物已达三千余种,几乎所有造岩矿物都是硅酸盐和氧化物，常见的造岩矿物只有十余种，如石英、方解石、正长石、

2、斜长石、黑云母、白云母、角闪石、辉石、橄榄石等。,2.1.1矿物的形态,矿物集合体的形态有,晶簇:同一基座上生长出许多同类矿物的晶体群。 纤维状：许多针状、柱状或毛发状的同种单体矿物平行排列成纤维。如石棉，纤维石膏等 粒状：大小相近、不按一定规律排列的晶体，聚合在一起。 钟乳状：钙质溶液或胶体在岩石的孔洞或裂隙中，因水分蒸发，从同一基底向外逐层生长而成的圆锥形或圆柱形矿物集合体。 土状：单体矿物看不清楚，常呈疏松粉末状。 块状：细小的矿物颗粒紧密集合在一起，无一定排列形式。,2.1.1形态,矿物集合体的形态有,鲕状:胶体物质围绕着某质点凝聚而成一个结核，一个个细小的结核聚合成集合体形似鱼卵。,

3、块状集合体,颜色:指矿物新鲜表面的颜色.有浅色、深色之分.,* 不能单凭颜色鉴定矿物.,自色:某些矿物所具有特定的颜色.不受外界的影响。 如石英为无色透明,硫为黄色.,他色:矿物因含有不同杂质而表现的颜色.与矿物本身的性质无关 如:石英含Mn而呈紫色,含C而呈黑色.,假色:矿物因具有裂隙、解理面及氧化膜而产生的光线干涉所呈现出的颜色.,2.1.2矿物的物理性质,1 颜色,颜色,是指矿物粉末的颜色 用毛瓷板（没上釉的瓷板）刻划检验观察的颜色. 有的矿物有好几种颜色,但条痕比较固定的.可以作为鉴别矿物的重要标志。,块状铁黑色 土状多为暗红色,条痕为砖红色,赤铁矿Fe2O3:,磁铁矿Fe3O4:条痕

4、是黑色的,2条痕,概念:指矿物表面对可见光的反射能力.即新鲜面上的光亮程度。 根据反射能力自强而弱分为: 1.金属光泽： 方铅矿、黄铁矿 2.半金属光泽：赤铁矿 3.金刚光泽: 金刚石 4.玻璃光泽：长石、石英 （水晶） 5.油脂(脂肪)光泽：滑石或石英断口 6. 丝绢光泽:纤维石膏 7.珍珠光泽:云母 8.土状光泽:高岭土,3光泽,4 硬度,概念:矿物抵抗外力机械作用的强度。是矿物软硬程度的标志,选取十种不同硬度的矿物为标准，按其软硬程度将矿物分为十级，即摩氏硬度。它指的是矿物的相对硬度，并不是绝对硬度。,5解理与断口,解理:矿物受外力作用时，沿一定方向裂破成平面的性质. 矿物受外力打击后，

5、在任意方向破裂并呈各种凹凸不平的断面，称为断口。 以解理面的完整程度分级：,方解石的三组解理,1.极完全解理:,2.完全解理:,方解石,3.中等解理,长石、角闪石,4.不完全解理:,5.无解理:,石英,云母,橄榄石,7 弹性、延展性,6 比重,2.1.3 常见的造岩矿物及其肉眼鉴定,P27表2-3,肉眼鉴定,即借助些简单的工具如小刀、放大镜、条痕板等,常见矿物就其化学成分而言，绝大多数为硅酸盐，其余为氧化物、硫化物、卤化物、碳酸盐和硫酸盐等,简介几种常见矿物,石英,SiO2,石英,方解石,Caco3,Return,白云石,白云石,CaMgCO3(OH)2,石膏,辉石,角闪石,角闪石,斜长石,R

6、eturn,正长石,白、黑云母,白云母,黑云母,Return,2.2 岩石,石英,长石,云母,花岗石,岩石：天然产出的具有一定结构和构造的矿物集合体。,按成因分为,岩浆岩(magmatic rock),沉积岩(sedimentary rock),变质岩(metamorphic rock),概念、形成、结构构造特征、典型岩石,2.2.1火成岩,概念：由岩浆侵入地下或喷出地表后冷却凝结而成的岩石，又称岩浆岩。,浅色矿物:石英,正长石,斜长石,白云母; 形成酸性、中性岩浆岩.,深色矿物:角闪石,辉石,橄榄石,黑云母; 形成基 性、超基性岩浆岩.,岩浆岩占地壳总质量的95%,在三大岩类中，占有重要的地

7、位。,角闪石,石英,1 火成岩的物质成份,2 火成岩的产状,岩浆岩体产出的形状、规模，与围岩的接触关系、分布特点及其产出的地质构造环境等有关。一般分为侵入岩体产状和喷出岩体产状。,侵入岩岩体的产状,喷出岩岩体的产状,吉林白头山火山口湖天池,溶岩流,火山颈,火山口,结构:是指矿物的结晶程度,颗粒大小,形状及矿物间组合方式所反应出来的特征.,按结晶程度,(1)全晶质,全晶质结构:岩石全部由结晶矿物组成的一种结构，多见于深成岩和浅成岩中，如花岗岩、花岗斑岩。 半晶质结构：岩石中既有矿物结晶体，又有玻璃质物质，多见于喷出岩中，如流纹岩。,3 火成岩的结构和构造,结构:是指矿物的结晶程度,颗粒大小,形状

8、及矿物间组合方式所反应出来的特征.,按结晶程度,(2)半晶质结构,(3)玻璃质结构,玻璃质结构：岩石全部由非晶质所组成，均匀致密似玻璃，是由于岩浆急剧喷出地表，骤然冷凝，所有矿物来不及结晶就凝固而成，为喷出岩特有的结构。,结构:是指矿物的结晶程度,颗粒大小,形状及矿物间组合方式所反应出来的特征.,按晶粒颗粒大小,显晶质结构:矿物颗粒在肉眼下可以分辨，常见于深成岩中，如花岗岩。 隐晶质结构：矿物颗粒非常细小，肉眼不可分辨，显微镜下可分辨常见于浅成岩和喷出岩中，结构致密，抗风化能力较强。 非晶质结构：显微镜下也观察不到矿物晶粒的一种结构，常见于火山熔岩中。,结构:是指矿物的结晶程度,颗粒大小,形状

9、及矿物间组合方式所反应出来的特征.,按晶粒相对颗粒大小,等粒结构:岩石中的矿物全部为显晶质颗粒，主要矿物颗粒大小大致相等。 不等粒结构：组成岩石的主要矿物晶粒大小不等，相差悬殊。斑状结构和似斑状结构：岩石中较大的矿物晶体被细小的晶粒或隐晶质、玻璃质矿物所包围的一种结构。较大的晶体矿物为斑晶；细小的晶粒或隐晶质、玻璃质为基质。若基质为显晶质时则称似斑状结构，基质为隐晶质或玻璃质时称斑状结构。（P34）,(1)块状构造: 无定向排列,各部分均匀分布，花岗岩、闪长岩; (2)流纹构造: 岩石中有不同颜色的条纹,拉长的气孔等是熔岩流动时物质成份作定向排列所致. 如流纹岩. (3)气孔构造: 熔岩冷却时

10、尚末逸出的气体形成大小不一的气孔.如玄武岩、安山岩 (4)杏仁构造: 喷出岩的气孔被后来的次生矿物所充填.,构造:岩石中矿物集合体之间或矿物集合体与岩石其它组成部分之间的排列和充填方式。,气孔构造,杏仁构造,致密构造,1按形成环境和深度分类,(1)侵入岩,深成岩,浅成岩,(2)喷出岩,2.按SiO2含量（酸度）分类,酸性岩:SiO2 65% 多由浅色矿物组成 中性岩:SiO2 52-65% 颜色较深 基性岩:45-52% 颜色深 超基性岩:45% 颜色深,3km,4 火成岩的分类,5 火成岩的特征,常见岩浆岩,花岗岩(granite),深成侵入岩，多呈肉红色、灰色或白色，主要矿物成份是石英和正

11、长石，全晶质结构，块状构造，分布广泛，性质均匀坚固,-花岗岩,次要矿物为黑云母、角闪石等。,正长石、石英,黑,云母,闪长岩(diorite),中性深成岩，浅灰至深灰色，其主要矿物成分为中性斜长石、角闪石其次为黑云母、辉石及石英等。呈等粒状结构，块状构造。,多与辉长岩或花岗岩共生，也可呈岩脉、岩床或岩盖产出,3辉长岩(gabbro),辉长岩(gabbro)基性深成岩，呈黑色或灰黑色；矿物成分以基性斜长石和辉石为主，也含有少量的角闪石、橄榄石等。呈中、粗粒结构，块状构造。,辉绿岩是基性浅成岩，呈暗绿或黑色，矿物成分与辉长岩相同。,基性喷出岩,呈黑、灰绿及暗紫等色。其主要矿物成分与辉长岩相同，多呈细

12、粒至隐晶质结构，也有玻璃质结构和斑状结构。致密块状、气孔构造及杏仁状构造较普通，柱状节理普遍发育。,流纹岩,安山岩,玄武岩(basalt),岩石致密坚硬、性脆，抗压强度高,概念:在地表或接近地表的常温常压环境下，各种既有岩石遭受外力地质作用，又有经过风化、剥蚀、搬运、沉积和固结成岩过程而形成的岩石。,2.2.2 沉积岩,沉积岩广泛分布于地表，覆盖面积约占陆地面积的75%，质量约占地壳总质量的5%。,先前岩石,常温常压,风化剥蚀,破坏产物,原地或经外力搬运,成岩作用,形成过程分为三个阶段:,1.母岩在地表经风化作用破坏,形成碎屑或残余产物;,2.风化产物被各种外营力剥蚀搬运至低处或海洋里沉积下来

13、;,3.松散沉积物经压缩、化学物质的胶结、重结晶等作用固结成岩,1 形成,1.按成因分为,a.碎屑矿物：,原生矿物(石英、长石、白云母),b.粘土矿物：,c.化学沉积矿物：,d.有机物质或生物遗骸,主要是由含铝硅酸盐类的母岩,经化学风化作用形成的新的不溶矿物。高岭石、蒙脱石、水云母；颗粒细、亲水性及可塑性强。,由纯化学作用或生物化学作用从真溶液和胶体溶液中沉淀出来的矿物。方解石、白云石、石膏、岩盐、铁和锰的氧化物或氢氧化物等。,如贝壳、石油等,沉积岩的物质组成,a.硅质胶结物：,b.铁质胶结物：,c.钙质胶结物：,d.泥质胶结物：,沉积岩的胶结物组成,在沉积岩矿物颗粒之间还有胶结物质，就是把松

14、散沉积物联结起来的物质。,a.硅质胶结物：,胶结成分为 岩石呈灰或灰白色，岩性坚固、抗压强度高，抗风化及抗水性强。,b.铁质胶结物：,c.钙质胶结物：,d.泥质胶结物：,胶结成分为 或 ；多呈红色或棕色，岩石强度高，强度仅次于硅质胶结，岩石软弱，易风化。,胶结成分为 、 的碳酸盐，呈白色、青灰色，岩石较坚固，但性脆具有可溶性。,胶结物为黏土物质，多呈黄褐色，胶结的岩石硬度小、强度低易碎、易湿软、断面呈土状。,胶结物与碎屑颗粒之间的相对含量和颗粒之间的相互关系。,胶结类型,碎屑结构,泥质结构,化学结晶结构,生物结构,2 沉积岩的结构与构造,沉积岩的结构,按颗粒大小: 砾状结构（2mm）；砂状结构

15、（20.05mm）；粉砂状结构（0.050.005mm）。 按形状分(磨圆程度) : 园状.棱角状.结核状、鲕状,(1)碎屑结构,（2）泥状结构,50%以上由0.005mm粘粒组成,主要为泥岩，页岩等黏土岩所具有的结构。,化学结晶结构 由化学沉淀或胶体重结晶作用形成的结构。一般包括鲕状、结核状、纤维状、致密块状和粒状结构。 石灰岩、白云岩等化学岩的主要结构,(3) 化学结晶结构,石灰岩,白云岩,（4）生物结构,由30%以上生物遗体或碎片所组成的岩石结构。 生物碎屑结构、贝壳结构、 珊瑚结构,沉积岩的构造，是指沉积岩各个组成部分的空间分布和排列方式。,指形成过程中，由于沉积环境的变化，先后沉积的

16、物质组分在颜色、矿物成分、碎屑颗粒大小等方面沿垂直方向发生变化而显示出的成层现象。,（1）层理构造,含义,沉积岩的构造,沉积岩的层理构造和层面构造是沉积岩最重要的特征。,层 沉积物在一个基本稳定的地质环境下，连续不断地沉积所形成的单元岩层。是沉积岩中层状构造的一个基本单位，同一层内岩石的成分、结构、构造及颜色基本相同。 层面 层与层之间明显的接触面,a.水平层理：,b.波状层理：,c.单斜层理：,d.交错层理：,当层理面波状起伏时，称波状层理。,层理与层面斜交时，称单斜层理。,多组不同方向的斜交层理相互交错时，称为交错层理。,当层理与层面延长方向相互平行时，称为平行层理。其中层理面平直时，称水

17、平层理。,类型,水平层理 波状层理 斜层理 交错层理,指岩层层面上的构造特征，常见有波痕、雨痕及泥裂等。,（2）层面构造,含义,波痕 沉积过程中，沉积物由于受风力或水流的的波浪作用，在沉积岩层面上遗留下来的波浪的痕迹。,泥裂 黏土沉积物表面由于失水收缩而形成不规则的多边形裂缝，裂缝内常被泥沙、石膏等物质充填。,雨痕 沉积物表面经受雨点、冰雹打击后遗留下来的痕迹。,1. 碎屑岩：火山碎屑岩、沉积碎屑岩；,砾岩、砂岩、粉砂岩,基底胶结 孔隙胶结 接触胶结,2.粘土岩: 如泥岩、页岩、粘土等。 3化学岩、生物岩: 如石灰岩、白云岩.,3 沉积岩的分类,4 常见的沉积岩 碎屑岩,砾岩及角砾岩,50%以

18、上大于2mm 的粗大碎屑,砂岩,50%以上20.05mm 的碎屑,砾岩,黏土岩 页岩,一般由黏土脱水胶结而成，是介于碎屑岩与化学岩之间的过度类型。,砂岩泥岩互层,化学及生物岩-灰岩,主要化学成分为碳酸钙，岩性均一，易于开采加工，是用途很广的建筑石料，但石灰岩具有可溶性，易被地下水溶蚀，形成溶洞，对工程建筑地基渗漏和稳定性影响较大。,巴黎圣母院,白云岩,纯白云岩为白色，矿物成分主要是细小的白云石，强度比石灰岩高，是一种良好的建筑材料。,概念:地壳中已形成的岩石（岩浆岩、沉积岩或变质岩），由于地壳运动和岩浆活动等造成物理化学环境的改变，在高温、高压以及其他化学因素的作用下，使原来的岩石成分、结构和

19、构造发生改变再造所形成的新岩石称为变质岩。,2.2.3 变质岩,变质岩岩性一方面受原岩的控制，保留原来岩石的某些特点；另一方面由于变质作用的某些成因特点，其又与原岩有不同的成分和结构特征。,变质作用的因素：,（1）高温（岩浆、地壳深处、构造运动的热）-重结晶、化学反应 如石灰岩大理岩（重结晶）、（2）高压（上覆岩层的压力、构造运动或岩浆活动的挤压力）-如石榴子石、（3）新的化学成分的加入（热液和挥发性气体）-产生新的变质矿物,变质作用的类型,(1)接触变质作用 (2)动力变质作用 (3)区域变质作用,岩浆侵入,（1）、变质作用后所特征矿物,石榴子石、 绿泥石、蛇纹石、滑石,1变质岩的矿物成分,（2）、与岩浆岩或沉积岩共有的矿物： 石英、钾长石、钠长石、白云母、黑云母等。,石榴石云母片岩薄片,石榴子石-黑色 石英 长石-灰色,片麻岩,2 变质岩的结构和构造,概念:变质岩的变质程度、颗粒大小和连接方式。,变余结构 是一种过渡结构，岩石结构变质以后，重结晶作用不完全，原岩的矿物成分和结构特征一部分被保留下来。 变晶结构 变质岩最重要的结构，岩石在变质作用过程中重结晶所形成的结构。 碎裂结构 岩石受挤压应力作用，矿物发生弯曲、破裂，甚至成碎块或粉末状后，又被粘结在一起所形成