淺談三大巖及其在工程地質(zhì)上特性

1、三大巖及其在工程地質(zhì)上特性專業(yè)：土木工程 班級(jí)：12301701 姓名：嚴(yán)豪江 學(xué)號(hào)：201230170121摘要：巖石是天然產(chǎn)出的由一種或多種礦物組成的，具有一定結(jié)構(gòu)構(gòu)造的集合體，也有少數(shù)包含有生物的化石。按其成因分類主要分為三大類：巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖。在地球結(jié)構(gòu)和人類生活創(chuàng)造中，巖石處于重要的地位。關(guān)鍵詞：三大巖類 工程地質(zhì) 特性1引言 地球，人類賴以生存的地方，表面約71%是海洋，剩下的部分被分成洲和島嶼。島嶼和陸地的形成離不開(kāi)巖石的形成，地球的形狀和地表形態(tài)既是其內(nèi)部物質(zhì)狀態(tài)及其運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，又受到地球表層的水和大氣的運(yùn)動(dòng)以及生物生命活動(dòng)的影響。巖石是由礦物形成的，要認(rèn)識(shí)巖石，就必須

2、先認(rèn)識(shí)礦物。地質(zhì)學(xué)家不但把礦物看做是巖石的組成單元，而且把礦物看做是研究巖石生成環(huán)境和隨后歷史的一把重要鑰匙。巖石按不同的成因又可以分為三大巖類：巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖，在不同的工程方面都占有一席之地。2三大巖2.1巖漿巖巖漿巖的概念及特性 巖漿巖是由地殼深處的巖漿沿地殼構(gòu)造薄弱帶上升侵入地殼或噴出地面冷卻凝固后形成的巖石，約占地殼總質(zhì)量的95%，巖漿是熔化的巖石，也可以叫做硅酸鹽熔融體，通常位于地表之下的巖漿房中。主要成分是SiO2，也可以含有揮發(fā)性物質(zhì)及部分固體物質(zhì)。巖漿是各種火成巖的前身，可以侵入鄰近的地殼巖石或是冒出地表，經(jīng)常處于活動(dòng)狀態(tài)，具有流動(dòng)性。巖漿存在于650到1200的溫度中

3、。可低至650，高至1400。熔巖中含有18%的揮發(fā)性物質(zhì)。 巖漿處于高壓之中，有時(shí)會(huì)經(jīng)由火山道（或譯火山管、火山流口）以熔巖流或是以火山碎屑物的火山噴出物的形式冒出。 這些火山噴發(fā)的產(chǎn)物通常包括了從沒(méi)到過(guò)地表的液體、結(jié)晶體及溶解氣體等。巖漿會(huì)在地殼中各自分離的巖漿庫(kù)內(nèi)集結(jié)，不同地方的巖漿組成成份會(huì)稍有不同。 當(dāng)?shù)貧ぐl(fā)生變動(dòng)或受到其他內(nèi)力作用時(shí)，承受巨大壓力的巖漿就會(huì)沿著構(gòu)造薄弱帶上升，侵入地殼或噴出地面，經(jīng)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，最后冷卻凝結(jié)就形成了巖漿巖。巖漿巖的物質(zhì)成分 地殼中存在的元素在巖漿巖中幾乎都有，主要成分有SiO2、各種金屬氧化物、少量的金屬元素和稀有元素、揮發(fā)性物質(zhì)。組成巖漿巖的

4、礦物有大約30多種，可以分為淺色礦物和深色礦物。例如：石英、正長(zhǎng)石、白云母等（淺色礦物）。黑云母、輝石、橄欖石等（深色礦物）巖漿巖分類 巖漿巖按其生成環(huán)境可以分為侵入巖和噴出巖，分別就是侵入作用和噴出作用。巖漿侵入地殼內(nèi)部，在高溫下緩慢冷卻結(jié)晶而成的巖漿叫做侵入巖。侵入巖也分深層侵入和淺層侵入，巖漿在巖漿源附近凝結(jié)成的巖漿巖就叫深層侵入巖，一般規(guī)模較大、分布廣。規(guī)模不大、出露面積較小的，未上升至地表變凝結(jié)的巖漿巖稱淺層侵入巖。噴出巖則沒(méi)有分類，噴出地表、在常壓下迅速冷凝而成的巖石就叫噴出巖。侵入巖和噴出巖由于冷凝空間的限制，大小和形態(tài)差異很大（見(jiàn)圖1）巖漿巖根據(jù)其SiO2的含量有規(guī)律的變化是巖

5、漿巖分類的主要基礎(chǔ)。根據(jù)酸度，也就是SiO2含量，可以把巖漿巖分成四個(gè)大類：超基性巖（SiO2、45%）、基性巖（SiO2、45-52%）、中性巖（SiO2、52-66%）和酸性巖（SiO2、66%）。 巖漿巖的產(chǎn)狀（見(jiàn)圖2） 巖漿巖生成的空間位置和形狀、大小以及與周?chē)鷰r石相接處的關(guān)系稱巖漿巖的產(chǎn)狀。侵入巖主要產(chǎn)狀：巖基、巖株、巖脈、巖盤(pán)、巖床、巖脈。 巖漿巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造 （1）巖漿巖的結(jié)構(gòu) 巖漿巖的結(jié)構(gòu)是指巖石中礦物的結(jié)晶程度、顆粒大小、晶體形狀、自形程度以及礦物之間的相互組合關(guān)系。按巖石中礦物結(jié)晶程度劃分1）全晶質(zhì)結(jié)構(gòu)2）半晶質(zhì)結(jié)構(gòu)3）非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。按巖石中礦物顆粒的絕對(duì)大小劃分，1）顯晶質(zhì)

6、結(jié)構(gòu)2）隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。按巖石中礦物顆粒的相對(duì)大小劃分1）等粒結(jié)構(gòu)2）不等粒結(jié)構(gòu)3）斑狀結(jié)構(gòu)和似斑狀結(jié)構(gòu)。 （2）巖漿巖的構(gòu)造 巖漿巖的構(gòu)造是指巖石中不同礦物集合體之間或礦物集合體與其他組成部分之間的排列、充填方式。常見(jiàn)的有1）塊狀2）流紋狀3）氣孔狀4）杏仁狀5）帶狀 常見(jiàn)的巖漿巖 常見(jiàn)的巖漿巖有（酸性）花崗巖、花崗斑巖、流紋巖，（中性）閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)玢巖、安山巖，（基性）輝長(zhǎng)巖、輝綠玢巖、玄武巖，（超基性）輝巖、橄欖巖、火山玻璃巖。巖漿巖的工程地質(zhì)性質(zhì)巖漿巖的工程地質(zhì)性質(zhì)主要與巖漿凝固時(shí)的環(huán)境條件有關(guān)，不同成因條件，其礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和產(chǎn)狀差別很大，巖石顆粒間的連接力也有很大差異。(1)侵入

7、巖：是巖漿在地下緩慢冷凝結(jié)晶生成的，礦物結(jié)晶良好，顆粒之間連接牢固，多呈塊狀構(gòu)造。因此，侵入巖孔隙度低、抗水性強(qiáng)、力學(xué)強(qiáng)度及彈性模量高，具有較好的工程性質(zhì)。常見(jiàn)的侵入巖有花崗巖、閃長(zhǎng)巖及輝長(zhǎng)巖等。從礦物上看，石英、長(zhǎng)石、角閃石及輝石的含量越多，巖石強(qiáng)度越高，云母含量增加使巖石強(qiáng)度降低。從結(jié)構(gòu)上看，晶粒均勻細(xì)小的小的巖石強(qiáng)度高，粗粒結(jié)構(gòu)及斑狀結(jié)構(gòu)巖石強(qiáng)度相對(duì)較低。(2)噴出巖：是巖漿噴出地表后迅速冷凝生成的，由于地表?xiàng)l件復(fù)雜，使噴出巖具有很不相同的地質(zhì)特征。具有隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、致密塊狀構(gòu)造的粗面巖、安山巖、玄武巖等，工程性質(zhì)良好，其強(qiáng)度甚至可大于花崗巖。但當(dāng)這類巖石具有明顯的流紋、氣孔構(gòu)造或含有原生

8、節(jié)理時(shí)，工程性質(zhì)變差，孔隙度增加，抗水性降低，力學(xué)強(qiáng)度及彈性模量減小。2.2沉積巖 沉積巖的概念及特性 沉積巖是自然沉積物固結(jié)形成的巖石。通常是在常溫、常壓環(huán)境下，由先成巖石的風(fēng)化物質(zhì)、火山噴出的碎屑物質(zhì)、生物遺體及少量宇宙塵埃，經(jīng)搬運(yùn)、沉積和成巖等地質(zhì)作用而形成。多呈層狀產(chǎn)出。沉積巖在地表分布很廣，占陸地面積的75。海底幾乎全部為沉積物所覆蓋。由于它主要是由先成巖石的風(fēng)化物質(zhì)再堆積而成，所以曾被稱為次生巖；又因其主要是在水體中沉積形成的，故又曾被稱為水成巖。但這些名稱并不確切或不夠全面，已不再被巖石學(xué)者采用 沉積巖的組分 包括碎屑組分、化學(xué)-生物化學(xué)組分、蒸發(fā)化學(xué)組分、有機(jī)質(zhì)衍變組分、火山噴

9、發(fā)組分、宇宙物質(zhì)組分等。 沉積巖的結(jié)構(gòu) 沉積巖的結(jié)構(gòu)是指組成巖石的物質(zhì)顆粒大小、形狀及其組合關(guān)系。（1） 碎屑結(jié)構(gòu) （2） 泥質(zhì)結(jié)構(gòu)（3） 化學(xué)結(jié)構(gòu)（4） 生物結(jié)構(gòu) 常見(jiàn)的沉積巖 （1）礫巖及角礫巖：巖性成分比較復(fù)雜：粘土質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于25%。 （2）砂巖：砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，易于開(kāi)采加工，是工程上廣泛采用的建筑石料。 （3）粉砂巖：粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，較疏松，穩(wěn)定性和強(qiáng)度不高。 （4）頁(yè)巖：易風(fēng)化成碎片，強(qiáng)度低，與水作用易于軟化而喪失穩(wěn)定性。 （5）泥巖：與頁(yè)巖可夾于堅(jiān)硬巖層之間，形成軟弱夾層，浸水后易于軟化滑動(dòng)。 （6）石灰?guī)r：易于開(kāi)采加工，是燒制石灰和水泥的重要原材料，冶金工業(yè)的主要溶劑材料，是

10、廣泛的建筑材料。但由于石灰溶于水，易形成裂隙和溶洞，對(duì)基礎(chǔ)工程影響大。 沉積巖工程地質(zhì)特性 沉積巖具有層理構(gòu)造，層狀及層理對(duì)沉積巖工程性質(zhì)的影響主要表現(xiàn)為各向異性。因此，沉積巖的產(chǎn)狀及其與工程建筑物位置的相互關(guān)系對(duì)建筑物的穩(wěn)定性影響很大。同時(shí)由于組成巖石的物質(zhì)成分不同，也具有不同的工程地質(zhì)特征。(1)碎屑巖：是碎屑顆粒被膠結(jié)構(gòu)膠結(jié)在一起而形成的巖石。它的工程性質(zhì)主要取決于膠結(jié)物成分、膠結(jié)方式。從膠結(jié)物成分看，按硅質(zhì)、鈣質(zhì)、鐵質(zhì)、石膏質(zhì)、泥質(zhì)的順序，強(qiáng)度依次降低。從膠結(jié)方式看，基底式膠結(jié)的巖石膠結(jié)緊密，強(qiáng)度較高，受膠結(jié)物成分控制；孔隙式膠結(jié)巖石的工程性質(zhì)與碎屑顆粒成分、形狀及膠結(jié)物成分有關(guān)，變化

11、很大；接觸式膠結(jié)巖石的孔隙度大，透水性強(qiáng)，強(qiáng)度低。(2)粘土巖：是工程性質(zhì)最差的巖石之一。粘土巖強(qiáng)度低、抗水性差、親水性強(qiáng)。當(dāng)粘土巖有較多節(jié)理、裂隙時(shí)，一旦遇水浸泡，工程性質(zhì)迅速惡化，常產(chǎn)生膨脹、軟化或崩解。在常見(jiàn)的三類粘土礦物中，富含蒙脫石的粘土巖工程性質(zhì)最差，含高嶺石的相對(duì)較好，而含伊利石的介于中間。此外，若粘土巖節(jié)理、裂隙很少時(shí)，它是很好的隔水層。(3)化學(xué)巖和生物化學(xué)巖：化學(xué)巖中最常見(jiàn)的是石灰?guī)r和白云巖類巖石，這類巖石一放情況下工程性質(zhì)良好。它們具有足夠高的強(qiáng)度和彈性模量，有一定的韌性，是較好的建筑材料。但要特別注意它們是否被溶蝕，形成了對(duì)工程建筑不利的溶隙和空洞。此外，化學(xué)巖中的石石

12、膏巖或碳酸鹽類巖石中的石膏夾層、石膏成分，工程性質(zhì)都是很差的。它們強(qiáng)度較低，吸水膨脹，可溶性較大，溶于水后生成有害的硫酸，必須給予足夠重視。生物化學(xué)巖中常見(jiàn)的煤層及常與之共生的煤系地層，工程性質(zhì)較差，要注意地下工程中常常遇到的瓦斯問(wèn)題。 2.3變質(zhì)巖 變質(zhì)巖的概念 變質(zhì)巖：是巖漿巖或沉積巖在變質(zhì)作用下形成的一類新巖石。和前兩類巖石主要區(qū)別是變質(zhì)巖屬重結(jié)晶的巖石，顆粒較粗，不含玻璃質(zhì)和有機(jī)質(zhì)的殘?bào)w。變質(zhì)巖的特征 1、在地殼一定深度形成：發(fā)生于一定的溫度和壓力范圍，t2001000，p0.021.5Gpa，風(fēng)化帶以下；2、是在固態(tài)條件下轉(zhuǎn)變而成；3、具有特定的變質(zhì)礦物：藍(lán)晶石、夕線石等；4、具有特

13、定的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造：變形結(jié)構(gòu)、定向構(gòu)造等。 變質(zhì)巖的分類 區(qū)域變質(zhì)巖：板巖、千枚巖、片巖、片麻巖、大理巖、石英巖、混合煙 接觸變質(zhì)巖：大理巖、石英巖、角頁(yè)巖、矽卡巖 動(dòng)力變質(zhì)巖：構(gòu)造角礫巖、糜棱巖變質(zhì)巖的工程地質(zhì)性質(zhì)(1)具有片理構(gòu)造的變質(zhì)巖：片巖、千枚巖及板巖的片理構(gòu)造發(fā)育，工程性質(zhì)具有各向異性。千枚巖、滑石片巖、綠泥石片巖、石墨片巖等巖石強(qiáng)度低，抗水性很差，特別是沿這些巖石的片理或節(jié)理面，抗剪、抗拉強(qiáng)度很低，遇水容易滑動(dòng)，沿片理、節(jié)理容易剝落。 片麻巖片理構(gòu)造不太發(fā)育，當(dāng)石英、正長(zhǎng)石含量較多時(shí)，工程性質(zhì)比較好。但是，由于片麻巖多為年代久遠(yuǎn)的巖石，要注意其受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響而破碎和風(fēng)化程度。(2)塊狀構(gòu)造變質(zhì)巖：常見(jiàn)的是石英巖和大理巖，除大理巖微溶于水外，它們都是結(jié)晶連接、礦物成分穩(wěn)定或比較穩(wěn)定的單礦物巖石。強(qiáng)度高，抗風(fēng)化能力強(qiáng)。有良好的工程性質(zhì)。 (3)由動(dòng)力變質(zhì)作用形成的巖石：由動(dòng)力地質(zhì)作用形成的巖石一般較破碎，強(qiáng)度差、裂