巖石力學(xué)2巖石的組成與巖石的物理性質(zhì)1

1、第二章 巖石的組成與巖石的物理性質(zhì) 第一節(jié) 巖石的組成與結(jié)構(gòu)一、巖石的組成 地殼是由巖石組成的，巖石又是由礦物組成的，那么礦物又是由什么組成的呢？是由組成地殼的化學(xué)元素：O、Si、Al、Fe、Ca、K、Na、Mo、等的化合物組成的，天然產(chǎn)出的這些元素的化合物即為礦物。 2022/8/241 礦物是均均的，通常是由無(wú)機(jī)作用形成的，具有一定化學(xué)成分和特定的原子排列結(jié)構(gòu)的均勻固體，不能用物理的方法把它分成在化學(xué)上互不相同的物質(zhì)，如：石英、長(zhǎng)石、方解石等； 2022/8/242 巖石是由一種或幾種礦物按一定方式結(jié)構(gòu)面成的天然集合體。如：花崗巖，是由石英、長(zhǎng)石、和云母顆粒組成的。 2022/8/2432

2、022/8/244 組成巖石的礦物有多種，其中常見(jiàn)的有：長(zhǎng)石、石英、輝石、角閃石、云母、橄欖石、方解石、白云石、石膏、石墨、黃鐵礦等。2022/8/2452022/8/246二、巖石的分類 按照不同的成巖過(guò)程將巖石分為以下三類：火成巖Igneous Rock 1、一般指巖漿在地下或噴出地表冷凝后形成的巖石，又稱巖漿巖，是組成地殼的主要巖石，占地殼總體積的95%。如花崗巖、流紋巖、輝長(zhǎng)巖、玄武巖、閃長(zhǎng)巖、安山巖等。 火成巖中不含油氣。 玄武巖安山巖流紋巖2022/8/247 構(gòu)成火成巖的主要元素有氧、硅、鋁、鈣、鈉、鉀、鎂和鈦，其中幾種元素氧化物的含量即占火成巖總重量的99%左右，特別是二氧化硅

3、的含量最高，在不同的火成巖中均占總重量的3578%。 在火成巖中，二氧化硅被稱作酸性組份：鐵、鎂和鈣被稱作基性組份；鈉和鈣稱作堿性組份。 2022/8/248 按照火成巖中二氧化硅含量的多少，一般將火成巖分為酸性、中性和基性三類。 富含二氧化硅65%的火成巖稱為酸性巖，如花崗巖、流紋巖等； 含二氧化硅少52%的稱為基性巖，如輝長(zhǎng)巖、玄武巖等； 介于二者之間的稱為中性巖，這類巖石的典型代表有閃長(zhǎng)巖、安山巖等。 2022/8/249 在各種不相同的地質(zhì)環(huán)境下巖漿都可以冷凝成巖。 如果巖漿在地下活動(dòng)，冷凝固化后可以形成侵入巖Intrusive Rocks； 如果巖漿由火山活動(dòng)噴發(fā)到地表后才冷凝固化，

4、那么形成噴出巖Extrusive Rocks。 2022/8/2410 按火成巖中礦物顆粒的大小，也可以將火成巖分成兩類：細(xì)?；鸪蓭r玄武巖、安山巖或流紋巖等和粗?；鸪蓭r輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖和花崗巖等。 一般說(shuō)來(lái)，細(xì)?；鸪蓭r大都是噴出巖，它們的溫度先是急劇下降，然后至地面進(jìn)行冷卻；而粗?；鸪蓭r多是侵入巖，它們的溫度是逐漸冷卻的。不少人把侵入巖和噴出巖作為區(qū)分火成巖的最重要的方法。 2022/8/24112022/8/24122、沉積巖Sedimentary Rock 盡管火成巖占據(jù)了地殼總體積的95%之多和V.Paiciauskas, 1994，但在地殼表層分布最廣泛的卻是沉積巖。沉積巖覆蓋了大陸面積

5、的75%平均厚度為2km和幾乎全部的海洋地殼平均厚度為1km面積。 2022/8/2413 沉積巖是成層堆積的松散沉積物固結(jié)而成的巖石。也就是說(shuō)，它是早先形成的巖石破壞后，又通過(guò)物理或化學(xué)作用在地球外表大陸和海洋的低凹部位沉積，經(jīng)過(guò)壓實(shí)、膠結(jié)再次硬化，形成的具有層狀構(gòu)造特征的巖石。 2022/8/2414 沉積巖的各類很多，但假設(shè)考慮到礦物顆粒的大小以及礦物成分等方面的因素，那么可以將沉積巖分為砂巖、頁(yè)巖和石灰?guī)r三類。 2022/8/2415 砂巖包含的礦物顆粒的大小范圍約為1/16nn至2mm。這些顆粒大多來(lái)源于風(fēng)化等侵蝕作用后的火成巖的礦物顆粒或巖石碎片，也有不少顆粒來(lái)源于已經(jīng)存在的砂巖風(fēng)

6、化的產(chǎn)物。砂巖的主要礦物是石英，還有長(zhǎng)石，特別是鉀長(zhǎng)石。在沉積巖總量中，砂巖約占25%。砂巖是石油、天然氣的主力儲(chǔ)層。 2022/8/2416 頁(yè)巖是由直徑不超過(guò)1/16mm的細(xì)顆粒礦物組成的，它占沉積巖總量的50%。頁(yè)巖以粘士礦物為主要造巖礦物。也包含許多細(xì)顆粒的石英、長(zhǎng)石等其它礦物。盡管頁(yè)巖含量豐富，但它在地表的出露卻不如砂巖廣泛。頁(yè)巖顆粒致密，滲透性很差，可以形成不透水層，能防止石油、水、天然氣等的流失。 2022/8/2417 泥巖的性質(zhì)是較差的，特別是紅色巖層中的泥巖，厚度薄，抗水性差，強(qiáng)度低，易軟化和泥化，建筑物易沿這些軟化和泥化后的結(jié)構(gòu)面滑動(dòng) 2022/8/2418 石灰?guī)r占沉積

7、巖總量的20%，是第三號(hào)重要的沉積巖。它以方解石和白云石為主要造巖礦物，石英和長(zhǎng)石的含量缺乏10%。 2022/8/24193、變質(zhì)巖Metamorphic Rock 在地球內(nèi)部高溫或高壓的情況下，先已存在的巖石發(fā)生各種物理、化學(xué)變化使其中的礦物重結(jié)晶或發(fā)生交互作用。進(jìn)而形成新的礦物組合。 2022/8/2420 這種過(guò)程不同于前面表達(dá)過(guò)的火成過(guò)程或沉積過(guò)程，一般稱之為變質(zhì)過(guò)程，相應(yīng)的這一作用叫做變質(zhì)作用。 例如在保持固態(tài)情況下，石灰?guī)r通過(guò)熱力變質(zhì)作用，發(fā)生了礦物的重結(jié)晶，使礦物顆粒粒度不斷加大，形成了大理巖，因此，大理巖是一種變質(zhì)巖。 變質(zhì)巖中不含油氣。 2022/8/24214、成巖旋回R

8、ock cycle 由火成巖、沉積巖和變質(zhì)巖的形成過(guò)程可以看出它們之間有著密切的聯(lián)系，它們都是活動(dòng)著的地球過(guò)程的產(chǎn)物，同時(shí)，隨著地球上主要地質(zhì)過(guò)程的演變，這三類巖石之間可以互相轉(zhuǎn)變。 2022/8/2422 對(duì)這種轉(zhuǎn)變過(guò)程的研究不但可以加深對(duì)巖石生成過(guò)程的認(rèn)識(shí)，還可以了解在某類巖石變到另一類巖石的轉(zhuǎn)變過(guò)程中包含的地質(zhì)現(xiàn)象。 巖石循環(huán)這個(gè)地質(zhì)學(xué)中的重要概念，最早是James Hutton在200多年前提出來(lái)的(Hutton,1795)。 2022/8/24232022/8/2424三、巖石的分類的作用 一般說(shuō)來(lái)，巖石的物理性質(zhì)主要由三個(gè)方面的因素決定： 第一，巖石的組成，包括組成巖石的礦物成分，巖石內(nèi)部的孔隙度，巖石的飽和狀態(tài)和孔隙流體的性質(zhì)等； 第二，巖石內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，包括礦物質(zhì)顆粒的大小、形狀及膠結(jié)情況，巖石內(nèi)部的裂隙和其它不連續(xù)界面等。 2022/8/2425 第三，巖石所處的熱力學(xué)環(huán)境，包括溫度、壓力和地