工程地質(zhì)學(xué)88065專題培訓(xùn)課件

第一節(jié)地球的構(gòu)造地球內(nèi)圈：1地殼(crust)：由固體巖石構(gòu)成,一般厚15-20km，平均厚度16km。分硅鋁層(花崗巖層)和硅鎂層(玄武巖層)。大陸地殼平均厚度30-35km，大洋地殼厚度較薄，平均僅5-8km，一般缺乏硅鋁層，硅鎂層直接出露于洋底。莫霍面是1909年南斯拉夫?qū)W者莫霍洛維奇發(fā)現(xiàn)的。古登堡面是美國(guó)學(xué)者B.古登堡1914年發(fā)現(xiàn)的。2地幔(mantle)：上地幔60-250km，是熔融狀態(tài)物質(zhì),一般認(rèn)為可能就是巖漿的發(fā)源地；下地幔650-2900km，下地幔主要是由鐵鎂氧化物和硫化物組成。地殼運(yùn)動(dòng)主要起因于地幔物質(zhì)的對(duì)流。地核(core)：由比重較大的鐵鎳合金組成，平均密度大于10g/cm3。外核2900-4170km，是液態(tài)的,5155km至地心為內(nèi)核，為鐵鎳金屬氧化物和硫化物。4170-5155km為過渡帶。3地球外圈：4大氣圈(atmosphere)：是地球以外的空間,它提供生物需要的CO2和O2,對(duì)地貌形態(tài)變化起著極大的影響。水圈(hydrosphere)：由大氣圈的水蒸氣凝結(jié)成降雨形成海洋和湖泊沼澤及地下水。水與地表巖石相互作用，作為最活躍的地質(zhì)營(yíng)力促進(jìn)各種地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)育。生物圈(biosphere)：滲透在水圈、大氣圈下層和地殼表層的范圍之中，對(duì)于改變地球的形態(tài)起著重要的作用。5一、礦物的概念地殼由巖石組成，巖石由礦物組成。礦物(mineral)：具有一定化學(xué)成分和物理性質(zhì)的自然元素和無機(jī)化合物。常見的幾種礦物石英方解石云母第二節(jié)造巖礦物6黃鐵礦瑪瑙石膏7石英晶簇89

自然界中已發(fā)現(xiàn)的礦物有2500多種。但組成常見巖石的礦物僅數(shù)十種，這些組成常見巖石的礦物稱為造巖礦物。其占地殼重量約為99%。造巖礦物以硅酸鹽為主。

10二、礦物的特征

晶形(crystalform)圖2-2礦物晶形(a)石鹽；(b)石膏；(c)普通輝石；(d)石英；(e)正長(zhǎng)石；(f)云母

11物理性質(zhì)顏色(color)：礦物新鮮表面的顏色。是礦物對(duì)不同波長(zhǎng)可見光吸收程度不同的反映，分自色、他色、假色。光澤(luster)：礦物表面（晶面或解理）反射光線的強(qiáng)弱強(qiáng)度，取決于其折光率。分為金屬光澤(黃鐵礦）、半金屬光澤（褐鐵礦）、金剛光澤、玻璃光澤（長(zhǎng)石、石英）。當(dāng)反射面不平行時(shí)，礦物可形成某種獨(dú)特的光澤，油脂光澤、絲絹光澤、臘狀光澤（蛇紋石、石膏），珍珠光澤（滑石、石膏）、土狀光澤（高嶺土）。12物理性質(zhì)透明度(transparency)：光線透過礦物的程度。分透明、半透明、不透明。條痕(streak)：礦物粉末的顏色。13力學(xué)性質(zhì)硬度(hardness)：礦物新鮮面抵抗外力刻劃、研磨的能力，分為摩氏十級(jí)。

1-滑石，2-石膏，3-方解石，4-螢石，5-磷灰石，6-長(zhǎng)石，7-石英，8-黃玉，9-剛玉10-金剛石。（指甲為2～2.5，鐵刀3～3.5，鋼刀6～6.5)解理(cleavage)：礦物受敲擊后，嚴(yán)格按一定方向裂開成光滑平面的性質(zhì)。①極完全解理，云母，②完全解理，方解石，③中等解理，灰石，④不完全解理，磷灰石。斷口(fracture)：與解理相反沒有光滑平面，破裂面呈凹凸不平的斷面，如貝殼、參差狀。14其他性質(zhì)石墨導(dǎo)電，石棉絕緣，螢石發(fā)光，毒砂有嗅味，自然硫可燃燒。15礦物名稱及化學(xué)成分形狀物理性質(zhì)相對(duì)密度主要鑒別特征顏色光澤硬度解理、斷口正長(zhǎng)石K[AlSi3O8]短柱狀、板狀、粒狀肉紅色、淺玫瑰色、淺黃色、帶淺黃的灰白色玻璃光澤6兩向完全解理，近于正交2.57形態(tài)、顏色斜長(zhǎng)石Na[AlSi3O8]，Ca[Al2Si2O8]板條狀、長(zhǎng)條狀白色或灰白色玻璃光澤6兩向完全解理，斜交2.60~2.76顏色、形態(tài)石英SiO2粒狀、塊狀、六棱柱狀、雙錐狀無色、乳白色。煙灰色玻璃光澤、斷口為油脂光澤7無解理、貝殼狀斷口2.65形狀、硬度、斷口白云母KAl2[AlSi3O10][OH]2板狀、片狀、鱗片狀無色、淺灰、淺黃色、灰白色玻璃或珍珠光澤2~3一組極完全解理2.7~3.1解理、薄片有彈性黑云母K(Mg，F(xiàn)e)3[AlSi3O10][OH]2片狀、板狀、鱗片狀深褐、黑綠至黑色玻璃或珍珠光澤2.5~3一組極完全解理3.02~3.13解理、顏色、薄片有彈性角閃石(Ca，Na)2~3(Mg，F(xiàn)e，Al)5[Si3(SI，Al)O11]2[OH]2長(zhǎng)柱狀、纖維狀綠黑色、黑色玻璃光澤5.5~6兩組完全解理，交角近56o3.02~3.45形狀、顏色輝石Ca(Mg，F(xiàn)e，Al)[(SI，Al)2O6]粒狀、塊狀深黑色、褐黑、棕黑玻璃光澤5~6兩組完全解理，交角87o3.23~3.52形狀、顏色橄欖石(Fe，Mg)2[SiO4]粒狀橄欖綠、淡黃綠色至黑綠色玻璃光澤、斷口為油脂光澤6.5~7無解理，貝殼狀斷口3.27~4.37顏色、硬度、形態(tài)石榴子石(Fe，Mg，Ca)3(Fe，Al)2[SiO4]3菱形十二面體、二十四面體、粒狀棕、棕紅或黑紅色玻璃光澤6.5~7.5無解理、不規(guī)則斷口3.5~4.2形狀、顏色、硬度綠泥石(Fe，Mg)5Al[AlSi3O10][OH]8片狀、粒狀淺綠、深綠或黑綠色玻璃光澤、珍珠光澤2~2.5一組極完全解理2.68~3.40顏色、薄片有撓性無彈性蛇紋石Mg6[Si4O10][OH]8致密塊狀、片狀、纖維狀淡黃綠色、淡綠、淡黃色油脂光澤、蠟狀光澤、絲絹光澤2~3無解理、貝殼狀斷口2.6~2.9顏色、光澤方解石CaCO3菱面體、塊狀、粒狀白、灰白，含雜質(zhì)時(shí)呈其它顏色玻璃光澤3三組完全解理，斜交呈菱面體2.6~2.9顏色、硬度，遇鹽酸起泡白云石CaMg[CO3]2

菱面體、塊狀、粒狀灰白、淡紅、淡黃色玻璃光澤3.5~4三組完全解理，斜交呈菱面體2.8~2.9解理、硬度石膏CaSO4·2H2O板狀、片狀、纖維狀無色、白色、灰白色珍珠光澤、絲絹光澤2一組完全解理2.3解理、硬度，顏色高嶺石Al4[Si4O10][OH]8鱗片狀、細(xì)粒狀、土狀集合體白、灰白或其它色土狀光澤2.0~3.5一組完全解理2.60~2.63性軟、粘舌、具可塑性滑石Mg3[Si4O10][OH]2片狀、塊狀白、淡黃、淡綠或淺灰色蠟狀或珍珠光澤1一組極完全解理2.58~2.83顏色、硬度、觸摸有滑膩感黃鐵礦FeS2立方體、致密塊狀淺黃銅色金屬光澤6~6.5不規(guī)則斷口4.9~5.2顏色、硬度、光澤赤鐵礦Fe2O3板狀、粒狀、鮞狀、腎狀、豆?fàn)钿摶抑凌F黑色金屬光澤至半金屬光澤5~6無解理5.0~5.3形狀、顏色、光澤16常見造巖礦物的肉眼鑒定

抓住主要特征綜合考慮顏色、晶形、光澤、解理、硬度考慮礦物生成條件及共生礦物工具：小鋼刀、放大鏡、稀鹽酸等。17晶形顏色光澤硬度解理鹽酸反應(yīng)定名甲礦物規(guī)則白玻璃光澤

3三組完全解理起泡——乙礦物規(guī)則白玻璃光澤

7

無無——課堂練習(xí)18巖石(rock)：一種或多種礦物組成的自然集合體。按成因分為三大類：巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖。

巖漿巖(magmaticrock)

巖漿巖又叫火成巖，在地殼上分布面積約占7％，但其質(zhì)量占地殼總質(zhì)量的95%。在三大類巖石中占有比較重要的地位。第三節(jié)巖漿巖19巖漿巖(magmaticrock)

成因類型：

由地下深處的高溫高壓熔融的巖漿以侵入(intru-

sive)或噴出(effusive)方式直接冷凝而成。20巖漿巖的產(chǎn)狀21

火成巖的產(chǎn)狀示意圖①巖基（面積大于60-100km2）；②巖株（面積小于60-100km2）；③巖蓋，巖盆；④巖床；⑤巖墻；⑥火山頸；⑦巖脈；⑧巖被；⑨火山錐；⑩熔巖流；?破火山口22印尼火山噴發(fā)2010年8月火山噴出巖23花崗巖的礦物成分巖漿巖物質(zhì)成分

主要是硅酸鹽礦物，還有一部分金屬硫化物、氧化物及揮發(fā)性物質(zhì)。按SiO2含量分為：基性巖漿<52%和酸性巖漿>65%等;按礦物成分分為：硅鋁礦物和鐵鎂礦物。

24巖漿巖的結(jié)構(gòu)(texture)指組成巖石的礦物結(jié)晶程度、晶粒大小、形狀及相互組合方式?？煞从硯r漿冷凝時(shí)的物理環(huán)境。按礦物結(jié)晶程度分為：全晶質(zhì)——巖石全部由結(jié)晶礦物組成，是深成侵入巖結(jié)構(gòu)特征。半晶質(zhì)——由結(jié)晶和非結(jié)晶礦物組成，是淺成侵入巖結(jié)構(gòu)特征。玻璃質(zhì)（非晶質(zhì)）——巖石幾乎全部由玻璃制組成，是噴出巖結(jié)構(gòu)特征。按晶粒大小分為：顯晶質(zhì)、隱晶質(zhì)按晶粒相對(duì)大小分為：等粒、不等粒、斑狀和似斑狀結(jié)構(gòu)25巖漿巖的構(gòu)造(structure)指巖石中不同礦物集合體分布與排列特征。常見構(gòu)造：

流紋狀構(gòu)造氣孔和杏仁狀構(gòu)造塊狀構(gòu)造流紋巖26花崗閃長(zhǎng)巖玄武巖27

表2-3巖漿巖分類簡(jiǎn)表侵28公園里的花崗巖裝飾29第四節(jié)沉積巖(sedimentaryrock)沉積巖(sedimentaryrock)在地殼上分布面積約占75％，體積只占5%。對(duì)工程建筑具有實(shí)際意義。30搬運(yùn)沉積硬結(jié)成巖物質(zhì)組成：

巖石碎屑黏土礦物化學(xué)沉積礦物有機(jī)質(zhì)及生物殘骸

成因：地表巖石破壞31沉積巖的結(jié)構(gòu)

碎屑結(jié)構(gòu)

泥質(zhì)結(jié)構(gòu)結(jié)晶結(jié)構(gòu)生物結(jié)構(gòu)32沉積巖的構(gòu)造層理構(gòu)造(stratification)（水平層理、波狀層理、斜層理等）層面構(gòu)造(beddingplane)（雨痕、泥裂等）(a)(b)(c)(d)圖2-10沉積巖的層理類型(a)水平層理；(b)交錯(cuò)層理；(c)單斜層理；(d)透鏡體及尖滅層33碎屑巖的膠結(jié)物：硅質(zhì)——強(qiáng)度高鐵質(zhì)——易氧化鈣質(zhì)——易溶解泥質(zhì)——易軟化膠結(jié)類型：基底式膠結(jié)(a)

孔隙式膠結(jié)(b)

接觸式膠結(jié)(c)

(a)(b)(c)圖2-11碎屑巖的膠結(jié)類型34沉積巖的分類碎屑巖黏土巖化學(xué)沉積巖（石灰?guī)r、白云巖）生物化學(xué)巖（生物碎屑灰?guī)r）35表2-4沉積巖分類簡(jiǎn)表巖類結(jié)構(gòu)主要礦物成分主要巖石松散的膠結(jié)的碎屑巖礫狀結(jié)構(gòu)>2mm巖石碎屑或巖石塊角礫、碎石、塊石角礫巖卵石、礫石礫巖砂質(zhì)結(jié)構(gòu)2～0.05mm石英、長(zhǎng)石、粘土礦物、碳酸鹽礦物砂土石英砂巖長(zhǎng)石砂巖粉質(zhì)結(jié)構(gòu)<0.05～0.005mm石英、長(zhǎng)石、粘土礦物、碳酸鹽礦物粉砂土粉砂巖粘土巖泥質(zhì)結(jié)構(gòu)<0.005mm粘土礦物為主，含少量石英、云母等粘土泥巖頁巖化學(xué)巖及生物化學(xué)巖化學(xué)結(jié)構(gòu)及生物結(jié)構(gòu)致密狀粒狀鮞狀方解石為主，白云石泥灰?guī)r石灰?guī)r白云石、方解石白云質(zhì)灰?guī)r白云巖結(jié)核狀鮞狀塊狀纖維狀致密狀石英、蛋白石、硅膠硅藻土燧石巖硅藻巖鉀、鈉、鎂的硫酸鹽及氧化物石膏巖鹽、鉀鹽碳、碳?xì)浠衔?，有機(jī)質(zhì)泥炭煤、油頁巖36砂頁巖硅質(zhì)灰?guī)r37變質(zhì)巖(metamorphicrock)

在地殼上分布面積約占18％。第五節(jié)變質(zhì)巖(metamorphicrock)38成因：巖石受地殼運(yùn)動(dòng)及巖漿入侵的高溫高壓作用和化學(xué)成分的加入，使原來巖石的成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造發(fā)生一系列變化而形成。變質(zhì)作用類型：

接觸變質(zhì)作用：這是指發(fā)生在侵入巖與圍巖之間的接觸帶上，并主要由溫度和揮發(fā)物所引起的變質(zhì)作用。形成大理巖、矽卡巖。動(dòng)力變質(zhì)作用：這是指在地殼構(gòu)造變質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)烈定向壓力使巖石發(fā)生的變質(zhì)作用，也叫碎裂變質(zhì)作用。39變質(zhì)作用類型：區(qū)域變質(zhì)作用：這是在廣大范圍內(nèi)發(fā)生，并由溫度、壓力以及化學(xué)活動(dòng)性流體等多種因素引起的變質(zhì)作用。變質(zhì)作用方式以重結(jié)晶、重組合為主。如片麻巖。

混合巖化作用：這是指原有的區(qū)域變質(zhì)巖體與巖漿狀的流體互相交代而形成新巖石（混合巖）的作用。

圖2-12接觸變質(zhì)帶示意圖40

物質(zhì)組成：原有礦物：石英、長(zhǎng)石、云母、角閃石和方解石等變質(zhì)礦物：綠泥石、滑石、藍(lán)晶石、剛玉和石榴子石等

結(jié)構(gòu)：變余結(jié)構(gòu)：由于變質(zhì)重結(jié)晶進(jìn)行得不完全，原有巖石的礦物成分和結(jié)構(gòu)特征被部分地保留下來，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)。

壓碎結(jié)構(gòu)：巖石在低溫受定向壓力作用下，形成碎塊甚至粉末狀后又被膠結(jié)在一起的結(jié)構(gòu)。41構(gòu)造：

變余構(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)作用所形成的新的構(gòu)造稱為變成構(gòu)造。板狀構(gòu)造：巖石中有輕微重結(jié)晶。千枚狀構(gòu)造：巖石中有基本重結(jié)晶。片狀構(gòu)造：巖石中各組分全部重結(jié)晶。片麻狀構(gòu)造：巖石具顯晶質(zhì)變晶結(jié)構(gòu)，以粒狀礦物為主，片狀或柱狀礦物定向排列。塊狀構(gòu)造：礦物均勻分布，結(jié)構(gòu)均一，無定向排列。42表2-5變質(zhì)巖分類表變質(zhì)作用構(gòu)造、結(jié)構(gòu)巖石名稱主要礦物成分原巖區(qū)域變質(zhì)片麻狀構(gòu)造片麻巖石英、長(zhǎng)石、云母、角閃石等中、酸性巖漿巖、砂巖、粉砂巖、粘土巖片狀構(gòu)造片巖云母、滑石、綠泥石、石英等粘土巖、砂巖、泥灰?guī)r、巖漿巖、凝灰?guī)r千枚狀構(gòu)造千枚巖絹云母、石英、綠泥石等粘土巖、粉砂巖、凝灰?guī)r板狀構(gòu)造板巖粘土礦物、絹云母、綠泥石、石英等粘土巖、粘土質(zhì)粉砂巖接觸變質(zhì)塊狀構(gòu)造變晶結(jié)構(gòu)石英巖石英為主，有時(shí)含絹云母等砂巖、硅質(zhì)巖大理巖方解石、白云石石灰?guī)r、白云巖動(dòng)力變質(zhì)碎裂結(jié)構(gòu)碎裂巖原巖巖塊各類巖石糜棱結(jié)構(gòu)糜棱巖原巖碎屑各類巖石43花崗片麻巖大理巖44

三大類巖石的肉眼鑒別巖漿巖的鑒別方法先看顏色,再看結(jié)構(gòu)和構(gòu)造,然后看礦物成分。沉積巖的鑒別方法

先看結(jié)構(gòu),再看成分。變質(zhì)巖的鑒別方法

先看構(gòu)造,再看成分。45三大類巖石特征對(duì)比表4647巖石循環(huán)轉(zhuǎn)化示意圖48第六節(jié)巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)一.巖石工程地質(zhì)性質(zhì)的常用指標(biāo)物理性質(zhì)(physicalproperties)

重度（γ）(unitweight)：巖石單位體積的重力（kN/m3）。

式中：W----巖石的重量（KN）

V----巖石的體積（包含空隙體積）（m3）

有干重度、濕重度和飽和重度之分。密度(ρ)(bulkdensity):巖石單位體積的質(zhì)量(g/cm3)

49第六節(jié)巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)比重(相對(duì)密度)(G)(specificgravity)：固體巖石的質(zhì)量與同體積水在4oC時(shí)質(zhì)量的比值。式中：Ws——巖石固體部分的質(zhì)量（g）;Vs——巖石固體部分（不包括孔隙）的體積（cm3）;

γw——單位體積水（4°）的質(zhì)量（g/cm3)空隙率(n)(porosity)：巖石空隙的體積與巖石總體積的比值,以百分?jǐn)?shù)表示，即式中：Vn——巖石中孔隙的體積（cm3）V——巖石總體積（cm3）50吸水率（ω1）(absorptiveratio)：常壓條件下，巖石吸入水的質(zhì)量(Ww1)與干燥巖石質(zhì)量（Ws）之比，用百分?jǐn)?shù)表示。巖石水理性質(zhì)飽水率（ω2）(saturationratio)：高壓或真空條件下，巖石吸入水分的質(zhì)量與干燥巖石質(zhì)量之比，用百分?jǐn)?shù)表示。51巖石水理性質(zhì)飽水系數(shù)（ks）(saturationcoefficient)：巖石的吸水率（ω1）與飽水率（ω2）的比值。其值越大，巖石的抗凍性越差,一般巖石的飽水系數(shù)在0.5～0.8。52透水性(permeability)：指巖石允許水透過的能力。巖石的透水性用滲透參數(shù)（k）來表示。滲透系數(shù)表示水力坡降為１時(shí)，水在巖石中的滲透速度，其單位用m/d或cm/s表示。溶解性(dissolubility)：指巖石溶解于水的性質(zhì)。常用溶解度或溶解速度來表示。軟化性：指巖石在水的作用下強(qiáng)度降低的性質(zhì)。軟化系數(shù)(Kd)(softeningcoefficient)為巖石在飽水狀態(tài)下的極限抗壓強(qiáng)度（RW）與風(fēng)干狀態(tài)下強(qiáng)度（Rd）之比。<0.75是強(qiáng)軟化的巖石，工程性質(zhì)較差。53抗凍性(frostresistance)：指巖石抵抗冰劈作用的能力?？捎脧?qiáng)度損失率和重量損失率表示巖石的抗凍性能。強(qiáng)度損失率（Rt）指飽和巖石在一定負(fù)溫度（-25℃）條件下，凍融10-25次（視工程具體要求而定，有的要求凍融100-200次或更高），凍融前后的抗壓強(qiáng)度之差與凍融前抗壓強(qiáng)度的比值，以百分?jǐn)?shù)表示?？箟簭?qiáng)度降低率<(20％～25％)的巖石是抗凍的。崩解性(disintegration)：指黏土質(zhì)巖石吸水膨脹的性質(zhì)。54

力學(xué)性質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)：抗壓強(qiáng)度(compressivestrength)：巖石單向受壓時(shí)抵抗破壞的能力。即抗拉