巖石及其工程地質(zhì)性質(zhì)

1、第2章巖石及其工程地質(zhì)性質(zhì)【教學(xué)根本要求】1. ? 了解地球的內(nèi)圈層構(gòu)造，知道地球的外圈層。2. ? 了解地質(zhì)作用。3理解礦物晶體的形態(tài)，礦物的顏色、透明度、光澤、硬度、解理及斷口等物理性質(zhì)，理解主要硅酸 氧化物造巖礦物的室內(nèi)鑒定特征。4理解巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖的成因、礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、分類及代表性巖石的特征。了解巖漿巖5理解巖石的物理性質(zhì)、水理性質(zhì)及其力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，掌握巖石的堅(jiān)硬程度分類。【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】1、地質(zhì)作用的類型及其對(duì)地殼改造的作用。2、常見(jiàn)造巖礦物的主要形態(tài)及其主要的物理性質(zhì)。3、巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖的主要礦物成分及其結(jié)構(gòu)、構(gòu)造。4、巖石工程地質(zhì)性質(zhì)指標(biāo)的根本概念及其意義?！?/p>

2、內(nèi)容提要和學(xué)習(xí)指導(dǎo)】2.1地球的總體特性地球是一個(gè)不標(biāo)準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)橢球體，赤道半徑a6378.14km，兩極半徑b6356.779km，地球的扁平率 為附近稍微凸出，極區(qū)稍微扁平，赤道與極地半徑相差22km。1、地球的圈層構(gòu)造地球具有一定的圈層構(gòu)造，以地表為界分為外圈和內(nèi)圈，外圈包括大氣圈、水圈和生物圈；內(nèi)圈通常分為 地核。地殼是莫霍面以上固體地球的表層局部，平均厚度約為33km，大陸地殼厚度較大，大洋地殼厚度較；地下、古登堡面以上局部，厚度約2900km，是地球的主體局部，主要由固態(tài)物質(zhì)組成；地核是地球內(nèi)古登堡面以分，厚度為3500km。2、地質(zhì)作用在自然界中所發(fā)生的一切可以改變固體地球的物質(zhì)組

3、成、構(gòu)造和地表形態(tài)的作用稱為地質(zhì)作用。根據(jù)地質(zhì) 源，地質(zhì)作用可分為內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用和外動(dòng)力地質(zhì)作用兩大類。由地球內(nèi)部能如地球的旋轉(zhuǎn)能、重力能、放射 熱能等產(chǎn)生的地質(zhì)應(yīng)力所引起的地質(zhì)作用即內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用，主要在地下深處進(jìn)行，并可涉及地表。內(nèi)動(dòng)力地 地殼運(yùn)動(dòng)、地震作用、巖漿作用和變質(zhì)作用。巖漿巖、變質(zhì)巖等便是內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用的產(chǎn)物。由地球范圍以外 陽(yáng)得輻射能、日月的引力能等為主要能源在地表或地表附近進(jìn)行的地質(zhì)作用，稱為外動(dòng)力地質(zhì)作用。外力作用 水、大氣、生物以外部能為能源，改造雕塑地殼主要是地殼外表的過(guò)程，外力作用的主要類型有：風(fēng)化作用 搬運(yùn)作用、沉積作用和成巖作用。2.2造巖礦物巖石是在地質(zhì)作用下產(chǎn)

4、生的，由一種或多種礦物以一定的規(guī)律組成的自然集合體。他構(gòu)成了地球的固體部 石分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖三大類。由于巖石是由礦物組成的，所以要認(rèn)識(shí)巖石，分析巖石在各種自然條 進(jìn)而對(duì)巖石及其組成的周圍環(huán)境進(jìn)行工程地質(zhì)評(píng)價(jià)。就必須首先了解礦物。礦物是天然形成的元素單質(zhì)和無(wú)機(jī)化合物，其化學(xué)成分和物理性質(zhì)相對(duì)均一和固定，一般為結(jié)晶質(zhì)。自然 都是在一定的地質(zhì)環(huán)境中形成的，隨后并因經(jīng)受各種地質(zhì)作用而不斷的發(fā)生變化。每一種礦物只是在一定的物 下才是相對(duì)穩(wěn)定的，當(dāng)外界條件改變到一定程度后，礦物原來(lái)的成分、內(nèi)部構(gòu)造和性質(zhì)就會(huì)發(fā)生變化，形成新的1、礦物的肉眼鑒定特征礦物的形態(tài)和礦物的物理性質(zhì)決定于其化學(xué)成分和晶體格

5、架的特點(diǎn)。因此，是鑒別礦物的重要依據(jù)。1指礦物單體及同種礦物集合體的形態(tài)。 礦物集合體的形態(tài)取決于單體的形態(tài)和它們的集合方式。集合體按礦物晶肉然可識(shí)別晶體顆粒的顯晶礦物集合體和肉眼不能識(shí)別的隱晶質(zhì)或非晶質(zhì)礦物集合體。顯晶礦物集合體有規(guī)那么合體和不規(guī)那么的粒狀、塊狀、板狀、片狀、纖維狀、針狀等；隱晶礦物集合體主要形態(tài)有球狀、土狀、結(jié)核狀、 鐘乳狀、筍狀集合體等。 2礦物的顏色是礦物對(duì)不同波長(zhǎng)可見(jiàn)光吸收程度不同的反映。一般說(shuō)來(lái)，含鐵、錳多 云母、普通角閃石、普通輝石等，顏色較深，多呈灰綠、褐綠、黑綠以至黑色；含硅、鋁、鈣等成分多的礦物 石、方解石等，顏色較淺，多呈白、灰白、淡紅、淡黃等各種淺色。3

6、光澤是礦物外表的反射光感。決定其折愈大，反射率愈高，光澤愈強(qiáng)。一般按光澤強(qiáng)弱分為四個(gè)等級(jí)：金屬光澤，反光很強(qiáng)，猶如電鍍的金屬外表光 鐵礦；半金屬光澤，似未磨光的鐵器外表的光亮程度，如褐鐵礦；金剛光澤；玻璃光澤，如長(zhǎng)石、石英等。光 面或解理面等平面的反光程度作為標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)反射面不平時(shí)，礦物可形成某種獨(dú)特的光澤。如絲絹光澤、油脂光澤 珍珠光澤、土狀光澤等。 4硬度是礦物抵抗刻劃、研磨的能力。由于礦物的化學(xué)成分和內(nèi)部構(gòu)造不同，所以不 有不同的硬度。礦物的相對(duì)硬度表摩氏硬度計(jì)見(jiàn)文字教材p8 表 2-1 。5解理和斷口是礦物受外力打擊后，向裂開(kāi)成光滑平面的性質(zhì)，破裂形成的平面叫解理面，按照解理產(chǎn)生的難易程

7、度，可將礦物的解理分成四個(gè)等 理、完全解理、中等解理、不完全解理；無(wú)固定方向的破裂并呈各種凹凸不平的斷面稱為斷口，如貝殼、參差狀 另外，礦物的密度、彈性、撓性等對(duì)某些礦物的鑒別有時(shí)是十分重要的，滑石的滑膩感、方解石遇鹽酸起 為鑒別該礦物的特征。2、常見(jiàn)的造巖礦物 野外常見(jiàn)造巖礦物的鑒別大致可按以下步驟進(jìn)行：首先應(yīng)找到礦物的新鮮面，只有礦物的新鮮面才能真實(shí) 學(xué)成分和特征；其次觀察鑒別礦物的形態(tài)和物理性質(zhì)；第三，根據(jù)觀察到的礦物的物理性質(zhì)，結(jié)合常見(jiàn)造巖礦礦物進(jìn)行命名。文字教材2.3 巖漿巖p9 表 2-2 列出了常見(jiàn)造巖礦物的形態(tài)和主要特征，供學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)和鑒別時(shí)使用。巖漿巖又稱火成巖，是由巖漿冷凝

8、固結(jié)所形成的巖石。巖漿位于上地幔和地殼深處，以硅酸巖為主要成分 硫化物、氧化物、水蒸氣及其它揮發(fā)性物質(zhì)CO、CO2、 H2S 等組成的高溫、高壓熔融體。巖漿上升侵入周形成巖石稱為侵入巖。根據(jù)其規(guī)模及形成深度，侵入巖又可分為深成巖和淺成巖兩大類。巖漿噴出地表形成的 出巖。1、巖漿巖的產(chǎn)狀巖漿巖的產(chǎn)狀是指巖漿巖體的形態(tài)、規(guī)模、與圍巖的接觸關(guān)系、形成時(shí)所處的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境等。巖漿巖的產(chǎn) 巖基、巖株、巖蓋和巖盆、巖床、巖脈、火山錐等。2、巖漿巖的礦物成分組成巖漿巖的礦物，根據(jù)顏色，可分為淺色礦物和深色礦物兩類：淺色礦物包括石英、正長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、 色礦物有角閃石、輝石、橄欖石、黑云母等。根據(jù) SiO2 的

9、含量，巖漿巖可分為：酸性巖類、中性巖類、 基性 巖類3、巖漿巖的結(jié)構(gòu) 巖漿巖的結(jié)構(gòu)是指組成巖石的礦物的結(jié)晶程度、晶粒大小、晶體形狀、及其相互結(jié)合的方式。巖漿巖的結(jié) 漿成分和巖漿冷凝時(shí)物理環(huán)境的綜合反映。巖漿巖的結(jié)構(gòu)包括：巖石全部由結(jié)晶礦物所組成的全晶質(zhì)結(jié)構(gòu)；致 粒細(xì)小，肉眼和放大鏡均不能分辨的隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)；由兩組直徑相差甚大的礦物顆粒組成，其中大晶粒散布于細(xì) 似斑狀結(jié)構(gòu)和類似于似斑狀結(jié)構(gòu)，但基質(zhì)為隱晶質(zhì)或玻璃質(zhì)礦物的斑狀結(jié)構(gòu)；巖石全部為非晶質(zhì)所組成，均勻 玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)。4、巖漿巖的構(gòu)造 巖漿巖的構(gòu)造是指巖石中不同礦物顆粒集合體分布與排列的特征。巖漿巖的主要構(gòu)造有： 塊狀構(gòu)造、流紋 狀構(gòu)造、杏仁狀構(gòu)

10、造等。5、巖漿巖的分類與常見(jiàn)的巖漿巖巖漿巖的分類方案主要考慮巖石的化學(xué)成分和冷凝固結(jié)成巖時(shí)的環(huán)境。 首先， 根據(jù)巖漿巖的化學(xué)成分 SiO2 漿巖分為超基性巖、基性巖、中性巖及酸性巖。其次，根據(jù)成巖環(huán)境，分成噴出巖、淺成巖、深成巖。在此基 考慮巖漿巖的礦物成分，結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等因素，對(duì)巖漿巖進(jìn)行了具體的分類見(jiàn)文字教材p11表2-3。常見(jiàn)的巖漿巖及其特征見(jiàn)文字教材 p13 p14。2.4 沉積巖1、沉積巖的形成 沉積巖的形成是一個(gè)長(zhǎng)期而復(fù)雜的地質(zhì)作用過(guò)程，一般可分為四個(gè)階段：風(fēng)化、剝蝕階段、搬運(yùn)階段、沉 成巖階段。2、沉積巖的礦物組成 沉積巖的物質(zhì)組成包括： 碎屑物質(zhì) 先成巖石物理風(fēng)化作用的產(chǎn)物，其中

11、大局部是化學(xué)性質(zhì)比擬穩(wěn)定，難溶于水的原生礦物的碎屑。粘土礦物 主要是一些由含鋁硅酸鹽類礦物的巖石， 經(jīng)化學(xué)風(fēng)化作用形成的次生礦物。 如高嶺石， 微晶高嶺石 這類礦物的顆粒極細(xì) <0.005mm ，具有很大的親水性、可塑性及膨脹性?；瘜W(xué)沉積礦物 由純化學(xué)作用或生物化學(xué)作用從溶液中沉淀結(jié)晶產(chǎn)生的沉積礦物。如方解石、白云石、石膏 錳的氧化物或氫氧化物等。有機(jī)質(zhì)及生物殘骸 由生物殘骸或有機(jī)化學(xué)化而成的物質(zhì)。如貝殼、泥巖及其他有機(jī)質(zhì)等。3、沉積巖的結(jié)構(gòu) 沉積巖的結(jié)構(gòu)是指沉積巖的組成物質(zhì)、顆粒大小、形狀及結(jié)晶程度。它不僅決定于巖性特征，也反映了形 巖的結(jié)構(gòu)可分為四種。碎屑結(jié)構(gòu) 由碎屑物質(zhì)被膠結(jié)物膠結(jié)

12、而成。是沉積巖所特有的結(jié)構(gòu)。泥質(zhì)結(jié)構(gòu) 由粒徑 <0.005mm 的粘土礦物顆粒組成。是泥巖、頁(yè)巖等粘土巖的主要結(jié)構(gòu)。特征是手摸有滑感 滑切面，斷口成貝殼狀。結(jié)晶結(jié)構(gòu) 由溶液中沉淀或經(jīng)重結(jié)晶所形成的結(jié)構(gòu)。結(jié)晶結(jié)構(gòu)為石灰?guī)r、白云巖等化學(xué)巖的主要結(jié)構(gòu)。生物結(jié)構(gòu) 由生物遺體或碎片所組成，貝殼結(jié)構(gòu)、珊瑚結(jié)構(gòu)等。是生物化學(xué)巖所具有的結(jié)構(gòu)。4、沉積巖的構(gòu)造 沉積巖的構(gòu)造，是指沉積巖各個(gè)組成局部的空間分布和排列方式。主要包括： 層理構(gòu)造 層理是沉積巖在形成過(guò)程中，由于沉積環(huán)境的改變所引起的沉積物質(zhì)的成分、顆粒大小、形狀或 向發(fā)生變化而顯示成層的現(xiàn)象。層理是沉積巖最重要的一種構(gòu)造特征，是沉積巖區(qū)別于巖漿巖

13、和變質(zhì)的最主要標(biāo)層面構(gòu)造 層面構(gòu)造指巖層層面上由于水流、風(fēng)、生物活動(dòng)、陽(yáng)光曝曬等作用留下的痕跡，如波痕、泥裂、 結(jié)核 結(jié)核是成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及顏色等與周圍沉積物巖不同的、規(guī)模不大的團(tuán)塊體。結(jié)核形態(tài)很多， 那么團(tuán)塊狀等。生物成因構(gòu)造 由于生物的生命活動(dòng)和生態(tài)特征，而在沉積物中形成的構(gòu)造稱生物成因構(gòu)造。如生物礁體、 跡、蟲(chóng)孔等。5、沉積巖的分類和常見(jiàn)的沉積巖沉積巖的分類 根據(jù)沉積巖石的組成成分，結(jié)構(gòu)和形成條件，分為碎屑巖、粘土巖、化學(xué)巖及生物化學(xué)巖類 p18 表 2-4。常見(jiàn)的沉積巖及其特征見(jiàn)文字教材 p18 p19。2.5 變質(zhì)巖地殼中已形成的巖石巖石漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖 ，由于地殼運(yùn)動(dòng)和巖漿活

14、動(dòng)等造成地質(zhì)環(huán)境和物理化學(xué) 處在高溫高壓和其它化學(xué)因素作用下，使巖石的成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造發(fā)生一系列變化。由地球內(nèi)力作用促使巖石 及結(jié)構(gòu)構(gòu)造變化的作用稱為變質(zhì)作用。由變質(zhì)作用形成的巖石稱為變質(zhì)巖。1、變質(zhì)作用的因素及類型 變質(zhì)作用的因素指在變質(zhì)過(guò)程中起作用的物理 化學(xué)條件， 即引起巖石變質(zhì)的外部因素。 促使巖石變質(zhì)因素壓力、具化學(xué)活動(dòng)性流體及時(shí)間。根據(jù)變質(zhì)作用的主要因素和地質(zhì)條件，可將變質(zhì)作用分為接觸變質(zhì)作用、區(qū)域變質(zhì)作用、混合巖化作用和 四種類型：2、變質(zhì)巖的礦物成分 組成變質(zhì)巖的礦物，一局部是與巖漿巖或沉積巖所共有的，如石英、長(zhǎng)石、云母、角閃石、輝石、方解石 是變質(zhì)作用后產(chǎn)生的特有的變質(zhì)礦物，

15、如紅柱石、夕線石、藍(lán)晶石、硅灰石、剛玉、綠泥石、綠簾石、絹云母 石、蛇紋石、石榴子石、石墨等。3、變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu) 變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)可分為： 變余結(jié)構(gòu) 由于變質(zhì)重結(jié)晶進(jìn)行得不完全， 原來(lái)巖石的礦物成分和結(jié)構(gòu)特征被局部地保存下來(lái)， 這樣形成的 結(jié)構(gòu)。變晶結(jié)構(gòu) 巖石在固態(tài)條件下由重結(jié)晶和變質(zhì)結(jié)晶作用形成的結(jié)構(gòu)。 變晶結(jié)構(gòu)是變質(zhì)巖中最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)， 可 小、形狀和相互關(guān)系進(jìn)一步劃分。碎裂結(jié)構(gòu) 由于巖石在低溫下受定向壓力作用，當(dāng)壓力超過(guò)其強(qiáng)度極限時(shí)發(fā)生破裂、錯(cuò)動(dòng)，形成碎塊甚至粉 在一起的結(jié)構(gòu)。常具條帶和片理。4、變質(zhì)巖的構(gòu)造?變余構(gòu)造 巖石經(jīng)變質(zhì)后仍保存有原巖局部的構(gòu)造特征，這種構(gòu)造稱為變余構(gòu)造。變成構(gòu)造 由變

16、質(zhì)作用所形成的新構(gòu)造稱為變成構(gòu)造。主要有：板狀構(gòu)造、千枚狀構(gòu)造、片狀構(gòu)造、 片麻 構(gòu)造等。5、變質(zhì)巖的分類與主要變質(zhì)巖 變質(zhì)巖的類型 根據(jù)變質(zhì)作用類型，將變質(zhì)巖劃分為三大類，然后依據(jù)巖石的構(gòu)造，結(jié)構(gòu)、礦物成分進(jìn)行詳 字教材 p22 表 2-5。主要變質(zhì)巖及其特征見(jiàn)文字教材 p22 p23 。2.6? ?巖石的工程地質(zhì)性質(zhì) 巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)包括物理性質(zhì)，水理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)三個(gè)主要方面。1、巖石的物理性質(zhì) 巖石的物理性質(zhì)是巖石的根本工程地質(zhì)性質(zhì)，主要是重量和空隙性。2、巖石的水理性質(zhì) 巖石的水理性質(zhì)，是指巖石與水作用時(shí)的性質(zhì)，包括吸水性、透水性、溶解性、軟化性、抗凍性等。3、巖石的力學(xué)性質(zhì) 巖石

17、的力學(xué)性質(zhì)指巖石在各種靜力、動(dòng)力作用下所表現(xiàn)的性質(zhì)，主要包括變形和強(qiáng)度。表征巖石變形的指 模量變形模量和泊松比；巖石的強(qiáng)度可分抗壓抗拉及抗剪強(qiáng)度。另外，工程上研究巖石，常對(duì)巖石進(jìn)行工 巖石的堅(jiān)硬程度分類見(jiàn)文字教材p25 表 2-6 。4、影響巖石工程地質(zhì)性質(zhì)的因素 影響巖石工程地質(zhì)性質(zhì)的因素是多方面的，但歸納起來(lái)，主要有兩個(gè)方面：一是巖石的地質(zhì)特征，如巖石 結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及成因等；另一個(gè)是巖石形成后所受外部因素的影響，如水的作用及風(fēng)化作用等?！舅?考 題】1、地球內(nèi)部的圈層構(gòu)造及其特征？ 2、什么是地質(zhì)作用？?jī)?nèi)、外動(dòng)力地質(zhì)作用是怎樣改造地球的？3、什么是礦物、巖石？礦物的主要物理性質(zhì)有哪些？常見(jiàn)的

18、造巖礦物的特征？4、什么是巖漿巖？巖漿巖有哪些主要礦物、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造？常見(jiàn)巖漿巖的鑒別特征？5、什么是沉積巖？沉積巖有哪些主要礦物、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造？常見(jiàn)沉積的鑒別特征？6、什么是變質(zhì)巖？變質(zhì)巖有哪些主要礦物、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造？常見(jiàn)變質(zhì)巖的鑒別特征？7、巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)有哪些？表征巖石工程地質(zhì)性質(zhì)的指標(biāo)有哪些？8、巖石堅(jiān)硬程度分類的依據(jù)是什么？巖石堅(jiān)硬程度類型有哪些？9、分析影響巖石工程地質(zhì)性質(zhì)的因素？【解 題 指 導(dǎo)】思 3 ： 礦物是天然形成的具有一定化學(xué)成分和物理性質(zhì)的元素單質(zhì)和無(wú)機(jī)化合物。 巖石是在地質(zhì)作用下產(chǎn)生的，由一種或多種礦物以一定的規(guī)律組成的自然集合體。礦物的主要物理性質(zhì)包括：1顏色：礦物的顏色是礦物對(duì)不同波長(zhǎng)可見(jiàn)光吸收程度不同的反映。2光澤外表的反射光感。決定其折光率，折光率愈大，反射率愈高，光澤愈強(qiáng)。3硬度：硬度是礦物抵抗刻劃、研磨礦物的化學(xué)成分和內(nèi)部構(gòu)造不同，所以不同的礦物常具有不同的硬度。4解理和斷口是礦物受外力打擊后，按成光滑平面的性質(zhì)，破裂形成的平面叫解理面；無(wú)固定方向的破裂并呈各種凹凸不平的斷面的稱為斷口。常見(jiàn)造巖礦物的特征例如石英：形狀為粒狀、塊狀、六棱柱狀、雙錐狀。顏色有無(wú)色、乳白色、煙灰色