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)【教學基本要求】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解主要硅酸鹽、碳酸鹽、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了解巖漿巖的產(chǎn)狀。5 .理解巖石的物理性質(zhì)、水理性質(zhì)及其力學性質(zhì)指標，掌握巖石的堅硬程度分類?！緦W習重點】6 、地質(zhì)作用的類型及其對地殼改造的作用。7 、常見造巖礦物的主要形態(tài)及其主要的物理性質(zhì)。8 、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。9 、巖石工程地質(zhì)性質(zhì)指標

2、的基本概念及其意義?！緝?nèi)容提要和學習指導(dǎo)】2.1地球的總體特性地球是一個不標準的旋轉(zhuǎn)橢球體，赤道半徑（a）6378.14km,兩極半徑（b）6356.779km,王平率（呼）為贏，赤道附近稍微凸出，極區(qū)稍微扁平，赤道與極地半徑相差22kni1、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33km,二通常分為地殼、地幔和地核。地殼是莫霍面以上固體地球的表層部分，平均厚度約為厚度較大，大洋地殼厚度較；地幔是莫霍面以下、古登堡面以上部分，厚度約2900km,是地王部分，主要由固態(tài)物質(zhì)組成；地核是地球內(nèi)古登堡面以下至地心的部分，厚度為3500km.2、地

3、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)組成、構(gòu)造和地表形態(tài)的作用稱為地質(zhì)根據(jù)地質(zhì)作用的動力來源，地質(zhì)作用可分為內(nèi)動力地質(zhì)作用和外動力地質(zhì)作用兩大類。由地球如地球的旋轉(zhuǎn)能、重力能、放射性元素蛻變的熱能等產(chǎn)生的地質(zhì)應(yīng)力所引起的地質(zhì)作用即內(nèi)動作用，主要在地下深處進行，并可波及地表。內(nèi)動力地質(zhì)作用包括：地殼運動、地震作用、巖和變質(zhì)作用。巖漿巖、變質(zhì)巖等便是內(nèi)動力地質(zhì)作用的產(chǎn)物。由地球范圍以外的能源，如太陽能、日月的引力能等為主要能源在地表或地表附近進行的地質(zhì)作用，稱為外動力地質(zhì)作用。外是地殼表層的水、大氣、生物以外部能為能源，改造雕塑地殼（主要是地殼表面）的過程，外的主要類型有：風化作用、

4、剝蝕作用、搬運作用、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)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)球的固體部分。按成因巖石分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖三大類。由于巖石是由礦物組成的，認識巖石，分析巖石在各種自然條件下的變化，進而對巖石及其組成的周圍環(huán)境進行工程地質(zhì)就必須首先了解礦物。礦物是天然形成的元素單質(zhì)和無機化合物，其化學成分和物理性質(zhì)相對均一和固定，一般質(zhì)。自然界中的礦物，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)作用而不斷的化。每一種礦物只是在一定的物理和化學條件下才是相對穩(wěn)定的，當外界條件改變到一定程度物原來的成分、內(nèi)部構(gòu)造和性質(zhì)就會發(fā)生變化，形

5、成新的次生礦物。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)決定于其化學成分和晶體格架的特點。因此，是鑒別礦物依據(jù)。1）礦物的形態(tài)是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)取決于單體和它們的集合方式。集合體按礦物晶粒大小分為：肉然可辨認晶體顆粒的顯晶礦物集合體和肉辨認的隱晶質(zhì)或非晶質(zhì)礦物集合體。顯晶礦物集合體有規(guī)則連生的雙晶集合體和不規(guī)則的粒狀板狀、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、鮑狀、豆狀狀、筍狀集合體等。2）礦物的顏色是礦物對不同波長可見光吸收程度不同的反映。一般說來鎰多的礦物，如黑云母、普通角閃石、普通輝石等，顏色較深，多呈灰綠、褐綠、

6、黑綠以至黑硅、鋁、鈣等成分多的礦物，如石英、長石、方解石等，顏色較淺，多呈白、灰白、淡紅、淡種淺色。3）光澤是礦物表面的反射光感。決定其折光率，折光率愈大，反射率愈高，光澤愈般按光澤強弱分為四個等級：金屬光澤，反光很強，猶如電鍍的金屬表面光亮耀眼，如黃鐵礦屬光澤，似未磨光的鐵器表面的光亮程度，如褐鐵礦；金剛光澤；玻璃光澤，如長石、石英等強度是以晶面或解理面等平面的反光程度作為標準。當反射面不平時，礦物可形成某種獨特的如絲絹光澤、油脂光澤、蠟狀光澤、珍珠光澤、土狀光澤等。4）硬度是礦物抵抗刻劃、研磨由于礦物的化學成分和內(nèi)部構(gòu)造不同，所以不同的礦物常具有不同的硬度。礦物的相對硬度表硬度計）見文字教

7、材p8表2-1。5）解理和斷口是礦物受外力打擊后，嚴格按一定方向裂開成面的性質(zhì)，破裂形成的平面叫解理面，按照解理產(chǎn)生的難易程度，可將礦物的解理分成四個等完全解理、完全解理、中等解理、不完全解理；無固定方向的破裂并呈各種凹凸不平的斷面稱如貝殼、參差狀等。另外，礦物的密度、彈性、撓性等對某些礦物的鑒別有時是十分重要的，滑石的滑膩感、遇鹽酸起泡等，都可作為鑒別該礦物的特征。2、常見的造巖礦物野外常見造巖礦物的鑒別大致可按以下步驟進行：首先應(yīng)找到礦物的新鮮面，只有礦物的才能真實的反映礦物化學成分和特征；其次觀察鑒別礦物的形態(tài)和物理性質(zhì)；第三，根據(jù)觀察物的物理性質(zhì)，結(jié)合常見造巖礦物的特征，對礦物進行命名

8、。文字教材p9表2-2列出了常員物的形態(tài)和主要特征，供學習者學習和鑒別時使用。2.3 巖漿巖巖漿巖又稱火成巖，是由巖漿冷凝固結(jié)所形成的巖石。巖漿位于上地幔和地殼深處，以硅主要成分和一部分金屬硫化物、氧化物、水蒸氣及其它揮發(fā)性物質(zhì)（COCO2H2s等）組成高壓熔融體。巖漿上升侵入周圍巖層中所所形成巖石稱為侵入巖。根據(jù)其規(guī)模及形成深度，侵可分為深成巖和淺成巖兩大類。巖漿噴出地表形成的巖漿巖稱為噴出巖。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、形成時所處的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)巖漿巖的產(chǎn)狀大致包括：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，

9、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、正斜長石、白云母等；深色礦物有角閃石、輝石、橄欖石、黑云母等。根據(jù)SiO2的含量，巖漿為：酸性巖類、中性巖類、基性巖類和超基性巖類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)合的方漿巖的結(jié)構(gòu)特征，是巖漿成分和巖漿冷凝時物理環(huán)境的綜合反映。巖漿巖的結(jié)構(gòu)包括：巖石全晶礦物所組成的全晶質(zhì)結(jié)構(gòu)；致密狀，礦物晶粒細小，肉眼和放大鏡均不能分辨的隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)組直徑相差甚大的礦物顆粒組成，其中大晶粒散布于細小晶粒之間的似斑狀結(jié)構(gòu)和類似于似構(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，均勻致密

10、似玻璃的結(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)造有構(gòu)造、流紋狀構(gòu)造、氣孔狀構(gòu)造、杏仁狀構(gòu)造等。5、巖漿巖的分類與常見的巖漿巖巖漿巖的分類方案主要考慮巖石的化學成分和冷凝固結(jié)成巖時的環(huán)境。首先，根據(jù)巖漿巖成分SiO2的含量，將巖漿巖分為超基性巖、基性巖、中性巖及酸性巖。其次，根據(jù)成巖環(huán)境噴出巖、淺成巖、深成巖。在此基礎(chǔ)上，進一步考慮巖漿巖的礦物成分，結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等因素，巖進行了具體的分類(見文字教材p11表2-3)。常見的巖漿巖及其特征見文字教材p13p14o2.4 沉積巖1、沉積巖的形成沉積巖的形成是一個長期而復(fù)雜的地質(zhì)作用過程，一般可分為

11、四個階段：風化、剝蝕階段階段、沉積階段、硬結(jié)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)先成巖石物理風化作用的產(chǎn)物，其中大部分是化學性質(zhì)比較穩(wěn)定，難溶于水的物的碎屑。粘土礦物主要是一些由含鋁硅酸鹽類礦物的巖石，經(jīng)化學風化作用形成的次生礦物。如微晶高嶺石及水云母等。這類礦物的顆粒極細(0.005mn),具有很大的親水性、可塑性及膨化學沉積礦物由純化學作用或生物化學作用從溶液中沉淀結(jié)晶產(chǎn)生的沉積礦物。如方解云石、石膏、石鹽、鐵和鎰的氧化物或氫氧化物等。有機質(zhì)及生物殘骸由生物殘骸或有機化學化而成的物質(zhì)。如貝殼、泥巖及其他有機質(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

12、小、形狀及結(jié)晶程度。它不僅決定于巖性特反映了形成條件，沉積巖的結(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)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、頁巖等粘土巖的主要結(jié)構(gòu)。特摸有滑感，用刀切成平滑切面，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、白云巖等化學巖結(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。是生物化學巖所具有的結(jié)4、沉積巖的構(gòu)造沉積巖的構(gòu)造，是指沉積巖各個組成部分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程中，由于沉積環(huán)境的改變所引起的沉積物質(zhì)的成分、小、形狀或顏色在垂直方

13、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)造特征積巖區(qū)別于巖漿巖和變質(zhì)的最主要標志。層面構(gòu)造層面構(gòu)造指巖層層面上由于水流、風、生物活動、陽光曝曬等作用留下的痕跡痕、泥裂、雨痕等。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)模不大的團塊體形態(tài)很多，有球狀、不規(guī)則團塊狀等。生物成因構(gòu)造由于生物的生命活動和生態(tài)特征，而在沉積物中形成的構(gòu)造稱生物成因構(gòu)生物礁體、疊層構(gòu)造、蟲跡、蟲孔等。5、沉積巖的分類和常見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、化學物化學巖類。見文字教材p18表2-4。常見的沉積巖及其特征見文字教材p18p19o2

14、.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），由于地殼運動和巖漿活動等造成地和物理化學條件的改變，處在高溫高壓和其它化學因素作用下，使巖石的成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造發(fā)列變化。由地球內(nèi)力作用促使巖石發(fā)生礦物成分及結(jié)構(gòu)構(gòu)造變化的作用稱為變質(zhì)作用。由變質(zhì)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)過程中起作用的物理一化學條件，即引起巖石變質(zhì)的外部因素。石變質(zhì)因素主要有溫度、壓力、具化學活動性流體及時間。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、化作用和動力變質(zhì)作用四種類型：2、變質(zhì)巖的礦物成分組成變質(zhì)巖的礦物，一部分是與巖漿巖或沉積巖所

15、共有的，如石英、長石、云母、角閃石方解石等。另一部分是變質(zhì)作用后產(chǎn)生的特有的變質(zhì)礦物，如紅柱石、夕線石、藍晶石、硅灰玉、綠泥石、綠簾石、絹云母、滑石、葉蠟石、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)晶進行得不完全，原來巖石的礦物成分和結(jié)構(gòu)特征被部分地保留這樣形成的結(jié)構(gòu)稱為變余結(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)巖中的結(jié)構(gòu)，可根據(jù)其晶粒大小、形狀和相互關(guān)系進一步劃分。碎裂結(jié)構(gòu)由于巖石在低溫下受定向壓力作用，當壓力超過其強度極限時發(fā)生破裂、錯動碎塊甚至粉末后又被膠結(jié)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

16、構(gòu)造巖石經(jīng)變質(zhì)后仍保留有原巖部分的構(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、造、片麻狀構(gòu)造和塊狀構(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)成分進行詳細分類，見文字教材p22表2-5o主要變質(zhì)巖及其特征見文字教材p22p23o2.6 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)和力學性質(zhì)三個主要方面。1、巖石的物理性質(zhì)巖石的物理性質(zhì)是巖石的基本工程地質(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的性質(zhì)，包括吸水性、

17、透水性、溶解性、軟化性、等。3、巖石的力學性質(zhì)巖石的力學性質(zhì)指巖石在各種靜力、動力作用下所表現(xiàn)的性質(zhì)，主要包括變形和強度。表變形的指標主要有彈性模量.變形模量和泊松比；巖石的強度可分抗壓.抗拉及抗剪強度。另程上研究巖石，常對巖石進行工程分類，即按巖石的堅硬程度分類見文字教材p25表2-64、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，主要有兩個方面：一是巖石的地如巖石的礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及成因等；另一個是巖石形成后所受外部因素的影響，如水的風化作用等?！舅伎碱}】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？內(nèi)、外動力地質(zhì)作用是怎樣改造地球的？3、什么是礦

18、物、巖石？礦物的主要物理性質(zhì)有哪些？常見的造巖礦物的特征？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)的指標有哪些？8、巖石堅硬程度分類的依據(jù)是什么？巖石堅硬程度類型有哪些？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成分和物理性質(zhì)的元素單質(zhì)和無機化合物。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不同波長可見光吸收程度不同2）光澤：光澤是礦物表面的反射光感。決定其折光率，折光率愈大，反射率愈高，光澤愈強度：硬度是礦物抵抗刻劃、研磨的能力。由于礦物的化學成分和內(nèi)部構(gòu)造不同，所以不同的礦有不同的硬度。4）解理和斷口是礦物受外力打擊后，按一定方向裂開成光滑平面的性質(zhì)，破的平面叫解理面；無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。顏色有無色、乳煙灰色。光澤有玻璃光澤、斷口為油