第一章巖石和地質構造巖石

第一章巖石和地質構造巖石第一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四1.2地球結構地殼:地球表層的固體外殼,主要由巖石圈構成，洋殼厚約10km、陸殼厚約70km；均厚33km。上地幔地核下地幔地殼古登堡面莫霍面地幔：莫霍面以下，古登堡面以上部分（相當于蛋白），厚度約為2900Km。以650Km深度為界，分為上地幔和下地幔。上地幔由含F(xiàn)e，Mg較多的硅酸鹽礦物組成，在深度60~250Km處呈熔融狀態(tài)。故也稱軟流層。一般認為是巖漿的發(fā)源地。地核：古登堡界面以下至地心部分稱為地核。（蛋黃）厚度約為3470Km，主要由比重較大的Fe和Ni物質組成。第二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四元素成份(%)O49.13Si26AL7.45Fe4.2Ca3.45Na2.4Mg2.35K2.35H1合計98.332.主要造巖礦物2.1基本概念礦物：地殼中的具有一定化學成分和物理性質的自然元素和化合物，稱為礦物。其中構成巖石的礦物，稱為造巖礦物。如常見的石英（SiO2）、正長石（KAlSi3O3）、方解石（CaCO3）等。(P5)巖石:由一種或幾種礦物自然組合而成的礦物集合體。巖石共分三大類：巖漿巖、沉積巖、變質巖。礦物分晶體和非晶體，晶體礦物內組成礦物的元素支點（離子、原子或分子）在礦物內部按一定規(guī)律排列，形成穩(wěn)定的結晶格子構造。如食鹽晶體為正立方體、石英晶體為六方雙錐晶體。瀝青為非晶體。第三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四礦物化學成分和物理性質在一定條件下是穩(wěn)定的，當外界條件改變時，礦物化學成分和物理性質就會發(fā)生改變，形成新的次生礦物,這個過程稱為風化作用。2.2.礦物的物理性質礦物的物理性質決定于礦物的內部成分和內部構造，礦物的物理性質是鑒別礦物的重要依據(jù)，物理性質包括：礦物的顏色、光澤、硬度、解理和斷口。第四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四2.2.1顏色礦物顏色是礦物對可見光波的吸收作用產生的,按成色原因分為自色、他色和假色。自色：是礦物固有的顏色，顏色比較固定。對造巖礦物來說，由于成分復雜，顏色變化很大。一般來說，含鐵、錳多的礦物，如黑云母、普通角閃石、普通輝石等，顏色較深，多呈灰綠、褐綠、黑綠以至黑色；含硅、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、淡黃等各種淺色。第五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四他色：是礦物混入了某些雜質所引起的，與礦物的本身性質無關。他色不固定，隨雜質的不同而異。如純凈的石英晶體是無色透明的，混入雜質就呈紫色、玫瑰色、煙色。由于他色不固定，對鑒定礦物沒有太大意義。假色：是由于礦物內部的裂隙或表面的氧化薄膜對光的折射、散射所引起。如方解石解里面上常出現(xiàn)的虹彩；斑銅礦表面常出現(xiàn)斑駁的藍色和紫色。2.2.2光澤礦物表面呈現(xiàn)的光亮程度，是礦物表面反射率的具體表現(xiàn)，按其強弱分為金屬光澤、半金屬光澤、非金屬光澤。礦物或礦物集合體表現(xiàn)不同光澤，主要有：第六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四（1）玻璃光澤：反光如鏡，如方解石；（2）珍珠光澤：光線在解理面間多次折射和反射形成如珍珠以樣光澤，如云母；（3）絲絹光澤：光線反射相互干擾形成絲絹光澤，如絹云母；（4）油脂光澤：礦物表面不平，形成光線散射，如石英；（5）蠟狀光澤：表面光澤呈蠟狀，如蛇紋石；（6）土狀光澤：礦物表面暗淡如土，如高齡石。2.2.3硬度礦物抵抗外力刻畫、碾磨能力，分十級：①滑石、②石膏、③方解石④螢石、⑤磷灰石、⑥正長石、⑦石英、⑧黃玉、⑨剛玉、⑩金剛石常見硬度：指甲2～2.5、鐵刀刃3～5.5、玻璃5～5.5鋼刀刃6～6.5。第七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四2.2.4解理、斷口礦物受打擊后，沿一定方向裂開成光滑平面的性質，稱為解理，裂開的光滑平面稱為解理面。如方解石、云母等。不具方向性的解理面稱為斷口，如石英。2.3常見的主要造巖礦物礦物鑒定主要是運用礦物的形態(tài)以及礦物的物理性質等特征來鑒定。一般可從形態(tài)著手，然后再進行光學性質、力學性質及其它性質來鑒定。主要造巖礦物及特征見P9表2-2。P8-10第八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四3.巖石巖石:它是地殼發(fā)展過程中的自然歷史產物,是構成地殼的主要獨立組份,由一種或幾種礦物自然組合而成,具有穩(wěn)定外形的固態(tài)集合體。巖石按成因共分三大類：巖漿巖、沉積巖、變質巖。3.1巖漿巖3.1.1基本概念形成于地下深處、含揮發(fā)成分的、高溫而粘稠的硅酸鹽熔融體就是巖漿，由巖漿冷凝固結而成的巖石稱為巖漿巖。主要化學成分有SiO2、TiO2、AL2O3、Fe2O3、FeO、MgO、MnO、CaO、K2O、Na2O。又稱火成巖。第九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四巖漿按SiO2含量分為基性巖漿、酸性巖漿。基性巖漿富含鈣、鎂、鐵，貧鉀、鈉，粘度小。流動性大。酸性巖漿富含鉀、鈉、硅，貧鈣、鎂、鐵，粘度大，流動小。巖漿巖按其冷凝環(huán)境分為深成巖（距地表約3km）、淺成巖（距地表0-3km）、噴出巖（火山巖）。第十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四3.1.2巖漿巖產狀巖漿巖的產狀是反映巖體空間位置與圍巖的相互關系及其形態(tài)特征，常見的有：①巖基：深成巨大的侵入巖體。范圍很大，常與硅鋁層連在一起，形狀不規(guī)則，表面起伏不平，與圍巖呈不規(guī)則接觸。②巖株：與圍巖接觸較陡，面積幾平方公里或幾十平方公里，下部與巖基相連。③巖盤：巖漿冷凝成為上凸下平的透鏡狀侵入體，底部通過頸體和更大侵入體相連。④巖床：巖漿沿層的圍巖方向侵入，表面無突起，略為平整。⑤巖脈：沿圍巖裂隙冷凝成的狹長形的巖漿體。與圍巖層方向相交成垂直或近于垂直，垂直或大致垂直的稱為巖墻。第十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四巖漿巖產狀巖漿巖產狀第十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四3.1.3巖漿巖礦物成分組成巖漿巖的礦物成分復雜，按顏色分為深色礦物和淺色礦物兩類。深色礦物：黑云母、角閃石、輝石和橄欖石等；淺色礦物：石英、正長石、斜長石及云母等。①酸性巖類：SiO2含量＞65%，礦物成分以石英、正長石為主，少量黑云母及角閃石，顏色較淺，比重較輕。②中酸性巖類：SiO2含量65%～52%，礦物成分以正長石、斜長石、角閃石為主，并含有少量黑云母及輝石，顏色較深，比重較大。③基性巖類：SiO2含量52%～45%，礦物成分以斜長石、輝石為主，并含有少量角閃石及橄欖石，顏色深，比重葉較大。④超基性巖類：SiO2含量＜45%，礦物成分以橄欖石、輝石為主，次為角閃石，一般不含硅鋁礦物，顏色深，比重大。第十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四3.1.3巖漿巖的結構和構造（1)巖漿巖的結構：巖漿巖的結構是指組成巖石的礦物的結晶程度、晶粒大小、形狀及其結合情況。是巖漿成分和冷凝時物理環(huán)境綜合反映。①全晶結構：巖石全部由結晶礦物組成，多見于深成巖和淺成巖；②半晶結構：由部分結晶質和部分未結晶的玻璃質礦物組成。多見于淺成巖；③非晶質結構：由未結晶的玻璃質礦物組成。多見于火山巖；第十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四（2）巖漿巖的構造：是指礦物在巖石中的組合方式和空間分布情況，構造特征取決于巖漿冷凝時的環(huán)境。①塊狀構造：礦物在巖石中分布雜亂無章，不顯層次，呈致密塊狀；②流紋構造：巖熔流動時，不同顏色的條紋和氣孔定向排列形成的構造；③氣孔構造：巖漿凝固時，內部氣體未及時排出而在巖石中形成氣孔；④杏仁狀構造：巖石中的氣孔被后期物質充填而形成的類似杏仁的構造。第十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四3.1.4常見巖漿巖（1)巖漿巖的分類及鑒定方法根據(jù)巖漿巖的形成條件、產狀、礦物成分和結構、構造等方面，將巖漿巖分成三類，即深成巖、淺成巖、噴出巖。巖漿巖分類表見表2-3（P13)P12-13(2)巖漿巖的肉眼鑒定方法①確定巖漿巖的產狀：對巖石標本鑒定前，先確定它的野外產狀；②結合產狀：觀察巖石的結構構造；③鑒定礦物成分：根據(jù)礦物的顏色、晶形、解理特征等，初步確定幾種主要造巖礦物礦物，確定初始定名。精確定名應根據(jù)室內儀器分析確定。第十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四（3）常見巖漿巖酸性巖類：花崗巖、花崗斑巖、流紋巖。花崗巖：是深成侵入巖，多呈肉紅色、灰色或灰白色，主要礦物成分為石英和正長石，其次為黑云母、角閃石及其他礦物。多為全晶質等粒結構，塊狀構造。花崗巖分布較廣，材質均勻堅硬，是較好的建筑材料。花崗斑巖：淺成花崗巖，成份與花崗巖相同，斑狀結構，斑晶為長石或石英，石基多由細小的石英、長石構成。流紋巖：是噴出巖，呈巖流產出，常呈灰白、紫灰或褐黃色，流紋構造，斑狀結構，斑晶為長石和石英。第十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四中性巖類：正長巖、正長斑巖、粗面巖、閃長巖、閃長玢巖、安山巖。正長巖：是深成侵入巖，肉紅色、淺灰或淺黃色，全晶等粒結構，塊狀構造，主要礦物成份為正長石、其次為黑云母、較角閃石，石英較少，物理力學性質與花崗巖相似，強度略低，易風化。正長斑巖：淺成侵入巖，斑狀結構，斑晶主要為正長石，石基致密，棕紅色或淺紅褐色。粗面巖：為噴出巖，常成淺灰、淺褐黃或淡紅褐色，斑狀結構，斑晶為正長石，石基為隱晶質，具細小孔，表面粗糙。第十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四閃長巖：為深成侵入巖，灰白、深灰至黑灰色，主要礦物成分為斜長石、角閃石，其次為黑云母和輝石。全晶等粒結構，塊狀構造。閃長巖結構致密，強度高，具較強的韌性和抗風化能力。閃長玢巖：淺成侵入巖，灰色或灰綠色，成分與閃長石相似，斑狀結構，斑晶為斜長石或角閃石。巖石中常有綠泥石、高嶺石和方解石等次生礦物。安山巖：為噴出巖灰色、紫色或灰紫色，斑狀結構，斑晶為斜長石，氣孔或杏仁狀構造。第十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四基性巖類：輝長巖、輝綠巖、玄武巖。輝長巖：是深成侵入巖，灰黑至黑色，全晶等粒結構，塊狀構造。主要礦物成分為斜長石和輝石、其次為橄欖石、角閃石和黑云母。輝綠巖：是淺成侵入巖，灰綠或黑綠色，具特殊的灰綠結構（輝石充填于斜長石晶體格架中），成分與輝石相似，但常含有方解石和綠泥石等礦物。玄武巖：為噴出巖，灰黑至黑色，成分與輝石相似，呈隱晶質細粒或斑狀結構，氣孔或杏仁狀構造。致密堅硬、性脆。第二十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四3.2、沉積巖沉積巖：在地表和地表下不太深的地方，由松散堆積物在溫度不高(低于200oC）、壓力不大（小于1500個大氣壓）的條件下，經過長期壓密、膠結、重結晶等作用形成的層狀巖石，是地球表面分布最廣的一種巖石。松散堆積物來源：地表巖石的風化物質、火山物質、宇宙物質、有機物質等第二十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四母巖碎屑物質化學物質宇宙物質火山物質不容殘余物質有機物質沉積物風化沉積沉積巖海水或湖水Na-K-Ca-Mg-Si沉淀作用物理和化學作用搬運改造成巖交代沉積巖成因圖解第二十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四3.2.1沉積巖的物質組成和分類物質組成沉積巖主要由下列物質組成⑴碎屑物質：巖石經物理風化作用產生的碎屑物質，其中大部分化學性質較穩(wěn)定，為難溶于水的礦物（石英、長石等）和巖石碎屑、火山碎屑、鄖石等。⑵粘土礦物：主要是一些含鋁硅酸鹽類礦物的巖石經化學作用而形成的次生礦物，如高嶺石，礦物顆粒小于0.005mm，具親水性、可塑性及膨脹性。第二十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四⑶化學沉積物：由化學作用及生物作用，從溶液中沉淀或結晶而形成的礦物，如方解石、白云石、石鹽等⑷有機質及生物殘骸：由生物殘骸及有機化學變化而形成的物質，如貝殼、泥炭等。粘土礦物、方解石、白云石、有機質等是沉積巖區(qū)別于巖漿巖的重要特征。第二十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四分類：根據(jù)物質組成特點，分為三類⑴碎屑巖類：主要由碎屑物質組成的巖石，如砂巖、礫巖等。⑵粘土巖類：主要由粘土礦物和其它礦物的粘土粒組成，如頁巖、泥巖；⑶化學及生物化學巖類：主要由方解石、白云石等碳酸巖類礦物和部分有機物組成的巖石。如石灰?guī)r、白云巖。第二十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四3.2.2沉積巖的結構和構造沉積巖的結構反映沉積巖的物質組成、顆粒大小及其形狀等，一般分為碎屑結構、泥質結構、結晶結構、生物結構等。⑴碎屑結構：由碎屑物質被膠結物膠結而成，按碎屑粒徑可分為礫狀結構（大于2mm)、砂質結構（2-0.005mm)、粉砂質結構（小于0.005mm)碎屑結構的巖石按膠結物可分為：硅質膠結、鐵質膠結、鈣質膠結、泥質膠結。第二十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四⑵泥質結構：由小于0.005mm粘土質點組成，如泥巖、頁巖。⑶結晶結構：由溶液沉淀或重結晶所形成的結構，如石灰?guī)r⑷生物結構：由生物遺體或碎片構成，如貝殼結構。沉積巖構造指沉積巖內部物質組成的空間分布及其相互間的排列關系，沉積巖最主要的構造為層理構造，層理為沉積巖成層性質，反映沉積環(huán)境，先后沉積的物質在顆粒大小、形狀、顏色和成分上發(fā)生相應變化，從而顯示出來的成層現(xiàn)象，成為層理構造，常見的層理有水平層理、斜層理、交錯層理、。第二十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四1、水平層理。由平直且與層面平行的一系列細層組成的層理。見于細粒巖石中，在比較穩(wěn)定的水動力條件下沉積而成。2、單斜層理。有一系列與層面斜交的細層組成，細層與上下層面斜交，上下層面平行。有單向水流造成的。3、交錯層理。由多組不同方向的斜層理互相重疊而成的，由于水流運動方向頻繁造成的。4、尖滅層：一端較厚，另一端較厚以至消滅。5、透鏡體：兩端尖滅，而中間較厚。層面：層于層之間的分界線巖層厚度：從頂面到底面的垂直距離……a.水平層理b.單斜層理c.交錯層理d.透鏡體和尖滅層第二十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四第二十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四3.2.3常見的沉積巖課本的P18有一個分類簡表，課后認真對照查閱礫巖P15第三十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四第三十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四3.3變質巖地殼中已形成的巖石（包括巖漿巖、沉積巖和變質巖）受到來自地球內部的高溫，高壓和化學活動性流體的作用，破壞了原來的平衡狀態(tài)，發(fā)生了物理和化學變化，使原巖在礦物成分和結構、構造上發(fā)生了改變，這種作用稱為變質作用。經變質作用形成的巖石稱變質巖。常見的變質巖：有板巖、千枚巖、片巖、片麻巖、大理巖、石英巖、變粒巖、淺粒巖、麻粒巖、榴輝巖、矽卡巖等。第三十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四3.3.1變質作用因素和類型1、影響因素1）溫度：使巖石中礦物再結晶作用，非晶礦物變?yōu)榻Y晶礦物；結晶細小的礦物變?yōu)榻Y晶粗大礦物。礦物之間重新組合而產生新礦物。如：石灰石與二氧化硅成硅灰石。2）壓力：靜壓力，如重力，斜長石和橄欖石變成石榴子石定向壓力，使巖石呈塑性狀態(tài)，垂直壓力方向上重新排列3）化學性活潑的氣體和液體：巖漿入侵時，與圍巖發(fā)生反應成新礦物。第三十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四3.3.2、變質作用類型1）接觸變質作用：巖漿入侵與圍巖接觸，溫度占主導地位。變質程度深淺與距離侵入體的遠近有關。靠近侵入體變質程度深。2）區(qū)域變質作用：在區(qū)域構造應力場作用下，幾千或幾萬平方公里，重結晶顯著，片理明顯，鞍鋼及河北遷安礦山。3）混合巖化作用：區(qū)域變質巖體與巖漿狀的流體形成新巖石4）動力變質作用：定向壓力，與斷層伴生，破碎帶上形成糜棱巖、壓碎巖第三十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四3.3.3、變質巖的結構1.變余結構:變質巖中還存在變質前原來巖石的結構特征-----即變質不完全，如泥質砂巖。2.變晶結構結晶結構是經過重結晶作用形成的3.碎裂結構定向壓力,發(fā)生破裂,形成碎塊又膠結在一起第三十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四3.3.4、變質巖的構造1.板狀構造:片理厚，片理面平直，顆粒細密，光澤微弱，沿片理面裂開呈厚度一致的板狀2.千枚狀構造:片理薄，片理面較平直，顆粒細密，絲絹光澤，沿片理面裂開呈千枚狀3.片狀構造:片理很薄，片理面富積，平行排列，光澤很強，沿片理面容易裂開呈不規(guī)則的薄片4.片麻狀構造:片理面很不規(guī)則，顆粒粗大，粒狀礦物呈條帶狀分布，少量片狀/柱狀礦物相間斷續(xù)平行排列，沿片理面不容易裂開5.塊狀構造:巖石主要由粒狀礦物組成，成致密塊狀構造第三十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四塊狀構造板狀構造千枚狀構造片狀構造片麻狀構造第三十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四五、變質巖的分類及主要特征（一）分類首先是根據(jù)構造特征其次是結構和礦物分類見表2-5。（Pg22）P17（二）主要變質巖片狀礦物或柱狀礦物按一定平面-片理構造面定向排列,片理成因復雜,受壓力、原巖層理、節(jié)理等控制,可與原巖層理面斜交。第三十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四板巖：具有板狀結構。主要由頁巖、泥質粉砂巖等變質而來。具變余泥質結構，重結晶不明顯。加工成各種石板。可作隔水層。千枚巖：具千枚狀構造?；旧现亟Y晶。礦物成分主要有絹云母、綠泥石、石英等。具顯微變晶結構。性質較軟弱，易風化。第三十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四大理巖：由鈣、鎂碳酸鹽類沉積巖變質形成。主要礦物成分為方解石、白云石。具粒狀變晶結構，塊狀結構。可作建材和裝飾材料。第四十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四片巖：具有片理構造，一般為磷片變晶結構、纖維狀變晶結構。常見礦物有云母、綠泥石、滑石、角閃石等。粒狀礦物以石英為主。強度較低，易分化。第四十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四片麻巖：具有片麻狀結構。中粗粒鱗片狀變晶結構。由各種沉積巖、巖漿巖和原已形成的變質巖經變質作用而成。變質程度較深，礦物大都重結晶。主要礦物為長石、石英、黑云母、角閃石等。第四十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四

變質巖的性質變質巖的工程性質與原巖密切相關，往往與原巖的性質相似或相近。一般情況下，由于原巖礦物成分在高溫高壓下重結晶的結果，巖石的力學強度較變質前相對增高。但是，如果在變質過程中形成某些變質礦物，如滑石、綠泥石、絹云母等，則其力學強度(特別是抗剪強度)