1、1/40,第二章 矿物与岩石 (mineral and rock),第二节 造岩矿物,第三节 岩浆岩,主要内容,第四节 沉积岩,第五节 变质岩,第六节 岩石的工程地质性质,第一节 地球的特性及构造,2/40,第一节 地球的构造,地球内圈：,3/40,地壳(crust)：由固体岩石构成,一般厚15-20km，平均厚度16km。分硅铝层(花岗岩层)和硅镁层(玄武岩层)。,大陆地壳平均厚度30-35km，大洋地壳厚度较薄，平均仅5-8km，一般缺乏硅铝层，硅镁层直接出露于洋底。莫霍面是1909年南斯拉夫学者莫霍洛维奇发现的。古登堡面是美国学者B.古登堡1914年发现的。,4/40,地幔(mantle
2、)：上地幔60-250km，是熔融状态物质, 一般认为可能就是岩浆的发源地；下地幔650-2900km，下地幔主要是由铁镁氧化物和硫化物组成。地壳运动主要起因于地幔物质的对流。,地核(core)：由比重较大的铁镍合金组成，平均密度大于10g/cm。外核2900-4170km，是液态的, 5155km至地心为内核，为铁镍金属氧化物和硫化物。4170-5155km为过渡带。,5/40,地球外圈：,6/40,大气圈(atmosphere)：是地球以外的空间,它提供生物需要的CO2和O2 ,对地貌形态变化起着极大的影响。 水圈(hydrosphere)：由大气圈的水蒸气凝结成降雨形成海洋和湖泊沼泽及地
3、下水。水与地表岩石相互作用，作为最活跃的地质营力促进各种地质现象的发育。 生物圈(biosphere)：渗透在水圈、大气圈下层和地壳表层的范围之中，对于改变地球的形态起着重要的作用。,7/40,一、矿物的概念 地壳由岩石组成，岩石由矿物组成。矿物(mineral)：具有一定化学成分和物理性质的自然元素和无机化合物。,常见的几种矿物,石英,方解石,云母,第二节 造岩矿物,8/40,黄铁矿,玛瑙,石膏,9/40,石英晶簇,10/40,11/40,自然界中已发现的矿物有2500多种。但组成常见岩石的矿物仅数十种，这些组成常见岩石的矿物称为造岩矿物。其占地壳重量约为99%。造岩矿物以硅酸盐为主。,12
4、/40,二、矿物的特征,晶形 (crystal form),图 2-2 矿物晶形 (a) 石盐；(b) 石膏；(c) 普通辉石；(d)石英； (e)正长石； (f) 云母,13/40,物理性质,颜色(color)：矿物新鲜表面的颜色。是矿物对不同波长可见光吸收程度不同的反映，分自色、他色、假色。 光泽(luster)：矿物表面（晶面或解理）反射光线的强弱强度，取决于其折光率。分为金属光泽(黄铁矿）、半金属光泽（褐铁矿）、金刚光泽、玻璃光泽（长石、石英）。当反射面不平行时，矿物可形成某种独特的光泽，油脂光泽、丝绢光泽、腊状光泽（蛇纹石、石膏），珍珠光泽（滑石、石膏）、土状光泽（高岭土）。,14/
5、40,物理性质,透明度(transparency)：光线透过矿物的程度。分透明、半透明、不透明。 条痕(streak)：矿物粉末的颜色。,15/40,力学性质,硬度(hardness)：矿物新鲜面抵抗外力刻划、研磨的能力，分为摩氏十级。1-滑石，2-石膏，3-方解石，4-萤石，5-磷灰石，6-长石，7-石英，8-黄玉，9-刚玉10-金刚石。 （指甲为22.5，铁刀33.5，钢刀66.5) 解理(cleavage)：矿物受敲击后，严格按一定方向裂开成光滑平面的性质。极完全解理，云母，完全解理，方解石，中等解理，灰石，不完全解理，磷灰石。 断口(fracture)：与解理相反没有光滑平面，破裂面呈
6、凹凸不平的断面，如贝壳、参差状。,16/40,其他性质,石墨导电，石棉绝缘，萤石发光，毒砂有嗅味，自然硫可燃烧 。,17/40,18/40,常见造岩矿物的肉眼鉴定,抓住主要特征综合考虑颜色、晶形、光泽、解理、硬度考虑矿物生成条件及共生矿物工具：小钢刀、放大镜、稀盐酸等。,19/40,课堂练习,20/40,岩石(rock)：一种或多种矿物组成的自然集合体。按成因分为三大类：岩浆岩、沉积岩和变质岩。,岩浆岩(magmatic rock)岩浆岩又叫火成岩，在地壳上分布面积约占7，但其质量占地壳总质量的95%。在三大类岩石中占有比较重要的地位。,第三节 岩浆岩,21/40,岩浆岩(magmatic r
7、ock),成因类型：由地下深处的高温高压熔融的岩浆以侵入(intru- sive)或喷出(effusive)方式直接冷凝而成。,22/40,岩浆岩的产状,23/40,火成岩的产状示意图 岩基（面积大于60-100km2）； 岩株（面积小于60-100km2）； 岩盖，岩盆； 岩床；岩墙； 火山颈； 岩脉；岩被；火山锥； 熔岩流； 破火山口,24/40,印尼火山喷发2010年8月,火山喷出岩,25/40,花岗岩的矿物成分,岩浆岩物质成分 主要是硅酸盐矿物，还有一部分金属硫化物、氧化物及挥发性物质。 按SiO2含量分为： 基性岩浆65%等; 按矿物成分分为： 硅铝矿物和铁镁矿物。,26/40,岩浆
8、岩的结构(texture),指组成岩石的矿物结晶程度、晶粒大小、形状及相互组合方式。可反映岩浆冷凝时的物理环境。,按矿物结晶程度分为： 全晶质岩石全部由结晶矿物组成，是深成侵入岩结构特征。 半晶质由结晶和非结晶矿物组成，是浅成侵入岩结构特征。 玻璃质（非晶质）岩石几乎全部由玻璃制组成，是喷出岩结构特征。,按晶粒大小分为：显晶质、隐晶质 按晶粒相对大小分为：等粒、不等粒、斑状和似斑状结构,27/40,岩浆岩的构造(structure)指岩石中不同矿物集合体分布与排列特征。常见构造：流纹状构造气孔和杏仁状构造块状构造,流纹岩,28/40,花岗闪长岩,玄武岩,29/40,表 2-3 岩 浆 岩 分
9、类 简 表,侵,30/40,公园里的花岗岩装饰,31/40,第四节 沉积岩(sedimentary rock),沉积岩(sedimentary rock)在地壳上分布面积约占75，体积只占5%。对工程建筑具有实际意义。,32/40,搬运,沉积,硬结成岩,物质组成：岩石碎屑黏土矿物化学沉积矿物有机质及生物残骸,成因：地表岩石破坏,33/40,沉积岩的结构碎屑结构,泥质结构结晶结构生物结构,34/40,沉积岩的构造层理构造(stratification)（水平层理、波状层理、斜层理等） 层面构造(bedding plane)（雨痕、泥裂等）,(a),(b),(c),(d),图2-10 沉积岩的层理
10、类型 (a)水平层理；(b)交错层理；(c)单斜层理；(d) 透镜体及尖灭层,35/40,碎屑岩的胶结物：硅质强度高铁质易氧化钙质易溶解泥质易软化,胶结类型：基底式胶结(a)孔隙式胶结(b)接触式胶结(c),(a) (b) (c),图2-11 碎屑岩的胶结类型,36/40,沉积岩的分类碎屑岩黏土岩化学沉积岩（石灰岩、白云岩）生物化学岩（生物碎屑灰岩）,37/40,表 2-4 沉积岩分类简表,38/40,砂页岩,硅质灰岩,39/40,变质岩(metamorphic rock) 在地壳上分布面积约占18。,第五节 变质岩(metamorphic rock),40/40,成因：岩石受地壳运动及岩浆入
11、侵的高温高压作用和化学成分的加入，使原来岩石的成分、结构和构造发生一系列变化而形成。 变质作用类型：接触变质作用：这是指发生在侵入岩与围岩之间的接触带上，并主要由温度和挥发物所引起的变质作用。形成大理岩、矽卡岩。 动力变质作用：这是指在地壳构造变质时产生的强烈定向压力使岩石发生的变质作用，也叫碎裂变质作用。,41/40,变质作用类型： 区域变质作用：这是在广大范围内发生，并由温度、压力以及化学活动性流体等多种因素引起的变质作用。变质作用方式以重结晶、重组合为主。如片麻岩。 混合岩化作用：这是指原有的区域 变质岩体与岩浆状的流 体互相交代而形成新岩 石（混合岩）的作用。,图 2-12 接触变质带
12、示意图,42/40,物质组成： 原有矿物：石英、长石、云母、角闪石和方解石等 变质矿物：绿泥石、滑石、蓝晶石、刚玉和石榴子石等结构： 变余结构：由于变质重结晶进行得不完全，原有岩石的矿物成 分和结构特征被部分地保留下来，这样形成的结构称为变余结构。 变晶结构：岩石在固态条件下由重结晶和变质结晶作用形成的结构。 压碎结构：岩石在低温受定向压力作用下，形成碎块甚至粉末状后又被胶结在一起的结构 。,43/40,构造： 变余构造：岩石经变质后仍保留有原岩部分的构造特征，这种构造称为变余构造。 变成构造：由变质作用所形成的新的构造称为变成构造。 板状构造：岩石中有轻微重结晶。 千枚状构造：岩石中有基本重
13、结晶。 片状构造：岩石中各组分全部重结晶。 片麻状构造：岩石具显晶质变晶结构，以粒状矿物为主，片状或柱状矿物定向排列 。 块状构造：矿物均匀分布，结构均一，无定向排列。,44/40,表 2-5 变质岩分类表,45/40,花岗片麻岩,大理岩,46/40,三大类岩石的肉眼鉴别,岩浆岩的鉴别方法先看颜色,再看结构和构造,然后看矿物成分。 沉积岩的鉴别方法先看结构,再看成分。 变质岩的鉴别方法先看构造,再看成分。,47/40,三大类岩石特征对比表,48/40,49/40,岩石循环转化示意图,50/40,第六节 岩石的工程地质性质,一.岩石工程地质性质的常用指标 物理性质(physical proper
14、ties)重度（）(unit weight)：岩石单位体积的重力（kN/m3）。式中：W-岩石的重量（KN）V-岩石的体积（包含空隙体积）（m3） 有干重度、湿重度和饱和重度之分。 密度()(bulk density):岩石单位体积的质量(g/cm3),51/40,第六节 岩石的工程地质性质,比重(相对密度)(G)(specific gravity)：固体岩石的质量与同体积水在4C时质量的比值。式中：Ws岩石固体部分的质量（g）;Vs岩石固体部分（不包括孔隙）的体积（cm3）;w 单位体积水（4）的质量（g/cm3) 空隙率(n)( porosity)：岩石空隙的体积与岩石总体积的比值,以百分
15、数表示，即式中：Vn岩石中孔隙的体积（cm3）V岩石总体积（cm3）,52/40,吸水率（1）(absorptive ratio)：常压条件下，岩石吸入水的质量(Ww1)与干燥岩石质量（Ws）之比，用百分数表示。,岩石水理性质,饱水率（2）(saturation ratio)：高压或真空条件下，岩石吸入水分的质量与干燥岩石质量之比，用百分数表示。,53/40,岩石水理性质,饱水系数（ks）(saturation coefficient) ：岩石的吸水率（1）与饱水率（2）的比值。其值越大，岩石的抗冻性越差,一般岩石的饱水系数在0.50.8。,54/40,透水性(permeability)：指岩
16、石允许水透过的能力。岩石的透水性用渗透参数（k）来表示。渗透系数表示水力坡降为时，水在岩石中的渗透速度，其单位用m/d 或cm/s表示。 溶解性(dissolubility)：指岩石溶解于水的性质。常用溶解度或溶解速度来表示。 软化性：指岩石在水的作用下强度降低的性质。 软化系数(Kd) (softening coefficient)为岩石在饱水状态下的极限抗压强度（RW）与风干状态下强度（Rd）之比。0.75是强软化的岩石，工程性质较差。,55/40,抗冻性(frost resistance)：指岩石抵抗冰劈作用的能力。可用强度损失率和重量损失率表示岩石的抗冻性能。 强度损失率（Rt）指饱和
17、岩石在一定负温度（-25）条件下，冻融10-25次（视工程具体要求而定，有的要求冻融100-200次或更高），冻融前后的抗压强度之差与冻融前抗压强度的比值，以百分数表示。抗压强度降低率(2025)的岩石是抗冻的。,崩解性(disintegration)：指黏土质岩石吸水膨胀的性质。,56/40,力学性质,强度指标： 抗压强度(compressive strength)：岩石单向受压时抵抗破坏的能力。即,抗拉强度(tensile strength)：岩石单向受拉时抵抗破坏的能力。以拉断破坏时的最大张应力表示。,式中： R岩石抗压强度（KPa）；P岩石破坏时的压力（KN）；F岩石受压面面积（m2）
18、。,57/40,抗剪强度：是岩石抵抗剪切破坏的能力。可分为以下三种强度： ( a ) 抗剪断强度：在垂直压力作用下的岩石剪切强度。 ( b ) 抗剪强度：沿着已有的破裂面发生剪切时的强度。 ( c ) 抗切强度：压应力等于零时的剪切强度。,图 71 岩石的三种抗剪强度试验,58/40,变形指标 弹性模量(E)(modulus of elasticity)：是应力与弹性应变的比值。,变形模量(E0)(modulus of deformation)：是应力与总应变的比值。 泊松比()(poissonratio)：是横向应变(1)与纵向应变()比值。,式中：E弹性模量（kPa）；应力（kPa）；e弹
19、性应变。 p 纵向应变,59/40,2.影响岩石工程性质的因素内部因素（岩石的地质特征）矿物成分结构构造外部因素水的作用风化作用,60/40,复习思考题,1矿物的主要性质有哪些？在标本上如何认识？ 2岩浆岩常见的矿物成分、结构、构造有哪些？ 3按SiO2的含量不同，岩浆岩可划分为哪四种类 型？ 4组成沉积岩的主要矿物成分有哪几种？沉积岩的结构、构造特征是什么？ 5说明沉积岩的分类方法和常见沉积岩代表性岩石？ 6什么是变质作用？变质作用有哪些类型？,61/40,8. 说明三大类岩石在物质组成、结构、构造上的异同。 9. 试举出各类岩石中的几种常见岩石。花岗岩、闪长岩、砂岩、石灰岩、石英岩、板岩属于哪类岩石?说明它们在工程勘察中应着重查明的地质问题。,
