礦山地質(zhì)學第3章-2-礦山地質(zhì)學

礦山地質(zhì)學山東科技大學地球科學與工程學院編制目錄緒論第一章地球圈層構造第二章礦物第三章地質(zhì)作用與三大巖類第四章地史學基本知識第五章地質(zhì)構造第六章主要地質(zhì)圖件第七章煤與含煤巖系第八章礦床簡述第九章工程地質(zhì)與水文地質(zhì)第十章煤礦主要地質(zhì)因素第十一章地質(zhì)勘查與儲量分類第十二章礦山地質(zhì)工作第十三章常見地質(zhì)災害第三章地質(zhì)作用與三大巖類一、構造運動與地震二、巖漿作用與巖漿巖

三、

外力地質(zhì)作用與沉積巖四、變質(zhì)作用與變質(zhì)巖

第三章地質(zhì)作用與三大巖類第三節(jié)外力地質(zhì)作用與沉積巖一外力地質(zhì)作用大氣、水和生物在太陽輻射能、重力能和日月引力等影響下產(chǎn)生的動力對地殼表層進行的各種作用，統(tǒng)稱外力地質(zhì)作用風化、剝蝕、搬運、沉積和成巖等作用（一）風化作用在地表或接近地表的環(huán)境中，由于氣溫的變化、水和氧及二氧化碳的作用、生物的活動等，使巖石在原地受到機械破碎和化學分解的作用，稱為風化作用。1.物理風化作用物理風化作用是指地表巖石在以太陽輻射能為主的諸多因素影響下，在原地發(fā)生機械崩解碎裂的過程，又稱機械風化作用。圖3-3巖石溫差風化示意圖（據(jù)夏邦棟，1995）圖3-4冰劈作用示意圖（據(jù)夏邦棟，1995）2.化學風化作用化學風化作用是指巖石在原地由于O2、CO2和水溶液等作用下發(fā)生破壞的過程。（1）氧化作用4Fe［S2］+15O2+(n+8)H2O→2Fe2O3?nH2O+8H2SO4(黃鐵礦) （褐鐵礦）（2）水溶液作用Ca［SO4］+2H2O→Ca［SO4］?2H2O（水化作用）(硬石膏)（石膏）4K［AlSi3O8］+6H2O→4KOH+Al4［Si4O10］(OH)8+8SiO2（正長石） （高嶺石）（水解作用）Ca［CO3］+CO2+H2O→Ca［HCO3］（溶解作用）（方解石）（重碳酸鈣）3.生物風化作用生物風化作用是指生物的生命活動引起巖石、礦物破壞、分解的作用，它可以是物理的，也可以是化學的。圖3-5根劈作用（山東黃島洞門山）(據(jù)胡紹祥，2007)巖石風化產(chǎn)物：

碎屑物質(zhì)

溶解物質(zhì)

殘余物質(zhì)圖3-6周口店花崗閃長巖之風化殼(據(jù)胡家杰)Ⅰ——土壤；Ⅱ——殘積層；Ⅲ——半風化巖石；Ⅳ——基巖（二）剝蝕作用剝蝕作用是指流水、地下水、冰川、風、波浪等介質(zhì)在運動中，對地表巖石進行破壞并將破壞產(chǎn)物剝離原巖的過程。機械剝蝕作用（1）風的剝蝕作用圖3-7干旱區(qū)風的地質(zhì)作用形成的地形1-風蝕湖；2-風蝕蘑菇石；3-風蝕城；4-風蝕柱；5-蜂窩石；6-新月形沙丘；7-塔狀沙丘；8-沙壟；9風成交錯層（2）地表流水的侵蝕作用圖3-8河流旁蝕作用使河谷加寬的過程（據(jù)徐成彥等，1988)（3）地下水的剝蝕作用圖3-9喀斯特地貌（據(jù)夏邦棟，1995)（4）冰川的刨蝕作用（5）海水的剝蝕作用圖3-10海蝕地貌示意圖(據(jù)K.W.Butxer，1976)2.化學溶蝕作用：對許多巖石以溶解方式進行溶蝕破壞。（三）搬運作用風化和剝蝕作用的產(chǎn)物，被流水、海浪、風、冰川等運動介質(zhì)轉(zhuǎn)移離開原地到它處（沉積區(qū)）的作用，稱為搬運作用。1.機械搬運作用機械搬運的地質(zhì)營力有流水、風、冰川、海洋等。其中以流水搬運為主。①流水的機械搬運②風的機械搬運③冰川的機械搬運④海洋的機械搬運2.化學搬運作用進行化學搬運的介質(zhì)主要是流水和地下水搬運形式：真溶液膠體溶液（四）

沉積作用搬運過程中的物質(zhì)，由于搬運介質(zhì)能量減弱或物理化學條件的改變以及生物等因素的影響，脫離搬運介質(zhì)形成松散沉積物的過程，稱為沉積作用。1.機械沉積作用機械沉積是在碎屑重力大于介質(zhì)(流水、風等)的搬運力時發(fā)生的。2.化學沉積作用指呈膠體溶液和真溶液搬運的溶解物質(zhì)，在適當?shù)膱鏊?，由于條件發(fā)生改變而發(fā)生沉淀、堆積的過程。難溶于水的Al、Fe、Mn、Si的氧化物多呈膠體沉積；易溶于水的Ca、Na、K、Mg等的氧化物呈真溶液沉積。3.生物沉積作用海洋、湖泊、沼澤和地面流水等水體中的生物對沉積作用有影響。生物遺體沉積生物化學沉積（五）固結成巖作用松散的沉積物形成以后，逐漸轉(zhuǎn)變成堅硬的沉積巖石的過程稱為固結成巖作用。是指沉積物沉積后至巖石固結，在深埋環(huán)境下直到變質(zhì)作用之前發(fā)生的物理、化學變化，以及埋藏后巖石又被抬升至地表或接近地表的環(huán)境中所發(fā)生的一切物理、化學變化。一般包括沉積物的壓實作用、膠結作用、重結晶作用等。圖3-11固結成巖作用的幾種方式(據(jù)夏邦棟，1995)1.壓實作用又稱壓固作用。沉積物形成后，在上覆沉積物重荷壓力下，發(fā)生脫水，孔隙度降低，體積縮小，密度增大，松軟的沉積物就轉(zhuǎn)變成固結的巖石(圖3-11a)。2．膠結作用膠結作用是指松散的沉積物顆粒被化學沉淀物或其他填隙物質(zhì)連結的作用，其結果是使沉積物變成堅固的巖石(圖3–11b)。3．重結晶作用隨著沉積物埋藏深度的增加，在溫度和壓力影響下，礦物成分因溶解、局部溶解或固體擴散而使質(zhì)點重新排列，致使非晶質(zhì)礦物再結晶、細粒晶體轉(zhuǎn)變成粗粒晶體(圖3–11c)。4.自生礦物的形成沉積物在沉積過程中，或其后在沉積物內(nèi)所形成的礦物(圖3–11d)，被稱為自生礦物。沉積巖的特征和分類（一）沉積巖的成分特征沉積巖的化學成分沉積巖中鐵鎂的含量低些，此外，因為沉積巖是在地表條件下形成的，因此沉積巖中Fe2O3的含量多于FeO，而巖漿巖卻與此相反；沉積巖中富含H2O、CO2等，而巖漿巖中則很少；2.沉積巖的礦物成分（1）碎屑礦物：石英、鉀長石、鈉長石、白云母等，是原巖風化后繼承下來的較穩(wěn)定的礦物，屬于繼承礦物。（2）粘土礦物：高嶺石、鋁土礦等，是原巖化學風化后形成的礦物，屬沉積巖的新生礦物。（3）化學和生物成因礦物;：方解石、白云石、石膏、磷酸鹽礦物、以及蛋白石、針鐵礦、水鋁石和水錳礦等氧化物、氫氧化物礦物等。（二）沉積巖的結構沉積巖的結構是指組成沉積巖的組分的大小、形狀、排列方式及其相互關系等特征。1．碎屑結構屑顆粒的大小，可將碎屑結構分為：礫狀結構（大部分碎屑顆粒直徑大于2mm）、砂狀結構（大部分碎屑顆粒介于2～0.1mm之間）、粉砂狀結構（大部分碎屑顆粒介于0.1～0.01mm之間）。圖3–12碎屑巖的結構組成碎屑顆粒的圓度（滾圓度）及分選性（分選程度）表3–3圓度的分級(據(jù)何境宇等修改,1981)2．泥質(zhì)結構具有這種結構的沉積巖，外觀致密，其顆粒直徑大多小于0.005mm。3．生物碎屑結構具有這種結構的沉積巖是由大量的生物遺體組成的（圖3–13）。圖3–13生物碎屑結構4．鮞粒和豆粒結構屬于內(nèi)源碎屑結構。鮞粒是具有核心和同心層構造的顆粒，像魚子，故稱為鮞粒。課間休息（三）沉積巖的構造1．層狀構造和層理層理是因為成分、結構、顏色的變化而顯示的一種層狀構造，這是由不同時期沉積作用的性質(zhì)變化所造成的。

（1）水平層理和平行層理（2）波狀層理（3）斜層理圖3–14層理類型示意圖(a)水平層理；(b)波狀層理；(c)斜層理；(d)交錯層理2．層面構造在沉積巖層面上保留有自然作用產(chǎn)生的一些痕跡，統(tǒng)稱層面構造。（1）波痕波痕是由風、流水或波浪在尚未固結的沉積物表面留下波狀起伏的波紋，再經(jīng)過固結成巖作用保留在巖層面上的一種層面構造。圖3–15波痕示意圖，對稱波痕（左圖）；不對稱波痕（右圖）（2）泥裂泥裂是泥質(zhì)沉積巖表面上的龜裂，其斷面呈“V”字形。圖3–16泥裂及其形成示意圖（左圖引自呂洪波，2006）3．生物化石在沉積巖中往往含有生物化石，這是沉積巖區(qū)別于其他巖石的重要特征。根據(jù)化石的種類可以大致推斷沉積巖形成的地質(zhì)時代及生成環(huán)境。4．結核在沉積巖中常見到呈團塊狀、橢球狀或不規(guī)則形狀的塊體，其物質(zhì)成分與圍巖不同，這種塊體稱為結核。如石灰?guī)r中常含燧石結核，含煤地層中常含黃鐵礦結核等。（四）沉積巖的顏色沉積巖的顏色取決于巖石的成分及所含雜質(zhì)。1.繼承色2.自生色

3.次生色（五）沉積巖的分類按沉積物的來源將沉積巖分為三大類型：火山碎屑巖、陸源沉積巖和內(nèi)源沉積巖（表3–4）。表3–4沉積巖分類簡表（六）常見沉積巖特征1火山碎屑巖：火山集塊、火山角礫、火山灰、火山塵等火山碎屑物質(zhì)含量在50%以上。2陸源沉積巖（1）.陸源碎屑巖：礫巖和角礫巖；砂巖；粉砂巖；（2）

泥質(zhì)巖3內(nèi)源沉積巖組成巖石的沉積物是在沉積盆地內(nèi)通過生物沉積作用和化學沉積作用而形成的。（1）.蒸發(fā)巖（2）.碳酸鹽巖（3）.硅質(zhì)巖（4）.鋁質(zhì)巖（5）.鐵質(zhì)巖（3）.錳質(zhì)巖（3）.磷質(zhì)巖石灰?guī)r類（如竹葉狀灰?guī)r、鮞粒灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r）白云巖類4可燃有機巖，如煤和油頁巖。

第四節(jié)變質(zhì)作用與變質(zhì)巖變質(zhì)作用變質(zhì)作用是內(nèi)力地質(zhì)作用的一種，它是原巖在基本上處于固體狀態(tài)下，受到溫度、壓力及化學活動性流體的影響，使原巖改變其成分、結構、構造變成新巖石的作用。（一）變質(zhì)作用的影響因素溫度（溫度升高促進重結晶作用和變質(zhì)反應）壓力（靜壓力和定向壓力）化學活動性流體（二）變質(zhì)作用類區(qū)域變質(zhì)作用型是由區(qū)域性的構造運動和巖漿活動引起的一種大范圍的、長期的區(qū)域性變質(zhì)作用。隨著變質(zhì)程度由低到高，區(qū)域變質(zhì)作用形成的代表性巖石從板巖、千枚巖、片巖到片麻巖。2.接觸變質(zhì)作用在巖漿巖與圍巖之間的接觸帶上，由于巖漿的活動過程中釋放出的熱量和逸散出的揮發(fā)性物質(zhì)引起的變質(zhì)作用，稱為接觸變質(zhì)作用。接觸變質(zhì)作用形成斑點板巖、各種角巖、石英巖等。3.動力變質(zhì)作用在構造運動所產(chǎn)生的定向壓力作用下，巖石發(fā)生碎裂變形及輕微重結晶的變質(zhì)作用，稱為動力變質(zhì)作用?？尚纬蓸嬙旖堑[巖、碎裂巖、糜棱巖等。4.混合巖化作用：即超深變質(zhì)作用，巖石發(fā)生部分熔融并形成酸性成分的熔融體，或由地下深部分泌的酸性成分的熔融體，沿著已形成的變質(zhì)巖的裂隙或片理滲透、擴散、貫入和混合交代等復雜的變質(zhì)作用而使巖石的礦物組成、結構、構造發(fā)生深刻的改變，生成一系列特殊類型的巖石，稱為混合巖。二變質(zhì)巖的特征（一）變質(zhì)巖的化學成分由巖漿巖變質(zhì)而成的正變質(zhì)巖其化學成分變化較小，由沉積巖變質(zhì)形成的副變質(zhì)巖其化學成分變化范圍很大。（二）變質(zhì)巖的礦物成分一類是在沉積巖和巖漿巖中常見的礦物，如長石、石英和云母等；另一類則是在變質(zhì)過程中形成的新礦物，如石榴子石、硅灰石、紅柱石、滑石、石墨等。不同變質(zhì)礦物的出現(xiàn)，不僅可以反映出原巖的性質(zhì)，還可以表明變質(zhì)作用的等級。

（三）變質(zhì)巖的結構1變余結構指由于變質(zhì)程度不高而部分保留原巖的結構。如變余斑狀結構、變余礫狀結構、變余砂狀結構等。2變晶結構指原巖在變質(zhì)過程中發(fā)生重結晶作用或變質(zhì)結晶作用所形成的結構。按變晶礦物相對大小，可以劃分為等粒變晶結構、不等粒變晶結構、斑狀變晶結構；按變晶礦物顆粒的絕對大小分為粗粒變晶結構（＞3mm）、中粒變晶結構（3～1mm）和細粒變晶結構（＜1mm）；按變晶礦物的形態(tài)劃分為粒狀變晶結構、鱗片狀變晶結構、纖維狀變晶結構等。(四)變質(zhì)巖的構造(1)變余構造由于變質(zhì)程度低，巖石中仍然不同程度保留了原巖的構造，如變余氣孔構造、變余流紋構造、變余波痕構造、變余層狀構造、變余泥裂構造等。(2)變成構造指由變質(zhì)作用形成的新構造。如板狀構造、千枚狀構造、片狀構造、片麻狀構造。（五）常見變質(zhì)巖的特征1.板巖具板狀構造，是變質(zhì)程度最低的變質(zhì)巖，重結晶作用輕微，肉眼見不到礦物晶粒。2.千枚巖具千枚狀構造，變質(zhì)程度、重結晶作用較板巖強些，片理面具絲絹光澤，3.片巖具片狀構造，原巖已全部重結晶，主要由片狀、柱狀礦物組成。板巖（拍攝照片）千枚巖（拍攝照片）云母片巖4.片麻巖具鱗片粒狀變晶結構、麻狀構造。長石含量多于石英。片麻巖是強烈區(qū)域變質(zhì)作用的產(chǎn)物。5.麻粒巖