工程地质 课件 第二章 地壳及其物质组成

地球的内部层圈构造 地壳：密度2.7～2.9g/cm3 岩石组成 大陆地壳（陆核）厚度大，35km 大洋地壳（洋壳）厚度小，7～8km 地 幔 ： 密 度 3.32 ～ 4.64g/cm3 位于地壳以下约2900km 地核：密度11～16g/cm3 固态内核 ――液态外核，
地球
地壳 莫霍面
地幔 古登堡面
地壳下降时，接受沉积。
工程地质作用（人为地质作用）――人类活动引起 的地质效应
采矿 开采石油 天然气 地下水 兴建水利工程
§2.2 矿物
矿物—具一定化学成分和物理性质的自然元素 和天然化合物 土 各种地质作用的产物，是岩石的基本组成部分
矿物具有确定的内部结构，其内部原子或离 子在三维空间成周期性重复排列—晶体
地质作用
地球46亿年历史，逐渐变化 地质作用――塑造地壳面貌的自然作用 按动力来源分：内力地质作用、外力地质作用 按地质灾害成因分：物理地质作用、工程地质作用
1.地球内部放射性元 素蜕变产生的内热 2.太阳辐射热及地球 旋转力和重力
物理地质作用（自然地质作用）
a.内力地质作用 动力――地球本身、主要发生于地球内部
岩浆岩(magmatic rock) ：在地壳上分布面积约占7％。 沉积岩(sedimentary rock)：在地壳上分布面积约占75％。 变质岩(metamorphic rock)：在地壳上分布面积约占18％。
岩石的形貌特征： ①岩石的结构：矿物的结晶程度，颗粒大小、形状及彼此 间的组合方式。 ②岩石的构造：岩石中矿物集合体之间排列及充填方式
一、矿物的形态：晶形
绝对大多数矿物是晶体，具有特定的晶体结构 单个晶体的形态—晶体习性：针状，柱状，粒状， 板状，片状等
柱 状
粒 状
板 状
多个晶体集合体的特征形态：粒状集合体、针状结 合体、鳞片状集合体等。
特殊形态：放射粒状、钟乳状、晶腺体
二、矿物的物理性质
1.颜色和条痕
颜色： 自色：（矿物的化学成分和晶体结构所组成的）矿 物的本身的颜色 他色：矿物中某些杂质引起的颜色 条痕：矿物粉末的颜色。（对金属矿物有鉴定意义）
各种内力地质作用是相互关连的
1.构造运动形成断裂，引起地震，并为岩浆
活动创造通道。
2.构造运动和岩浆活动引起变质作用。 3.构造运动在内力地质作用中起主导地位。
外力地质作用 ――由太阳辐射能引起，产生大气环流，形成 水的循环，动植物生长，在运动的过程中改造地表， 主要发生在地表。
（1）风化作用(weathering)：
2.变质岩的结构
变余结构-从早先岩石中保留的结构 变晶结构-原岩在固体状态条件下发生重结晶形成的 结构
3.变质岩的构造--与变质岩的结构相似，分变成构 造和变余构造
a.变成构造-通过变质作用形成的构造 ①片理构造 ②片麻构造 ③板状构造 ④斑点构造 ⑤块状构造 b.变余构造-变质岩中残留原岩的构造 如变余层理构造，变余气孔构等
地核
软流圈(地幔顶部，地震波减速带，有5%的物质 为熔融状态)――塑性流动 岩石圈（软流圈上部，物质均为固态）――刚性大， 分裂成板块 ――板块运动（板块驮在软流圈上随之 运动）
地球的外部层圈构造
大气圈 水圈 生物圈
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。
判断岩层顶底面 平行层理(纹层平行)
交错层理(顶截、底交切)
b.递变层理 同一层内碎屑颗粒向上变细
c.波痕与泥裂:层面上的构造 波痕与泥裂图示
层面呈波状起伏，由流水或风 引起
滨海或湖滨地带泥质沉积物暴 露水面失水收缩形成
4.沉积岩的分类及常见的沉积岩
按成因分:碎屑岩和化学及生物化学岩
（1）碎屑沉积岩
全晶质粒状结构
密度2.6~3.1，强度大，良好的建筑材 料。
3.辉长岩(peridotite )
基性深成侵入岩，由辉石、斜长石为主， 少量橄榄石 颜色深—灰色至灰黑色
中粗粒全晶质等粒结构
具有力学强度，良好的建筑材料。
4.流纹岩(acid volcanic glass )
酸性火山喷出岩 斑状结构，常发育成流纹构造 颜色—灰红色，有时灰黑色和紫色 性脆
主要内容
§2.1地壳是固体地球的外部层圈 §2.2矿物 §2.3岩石
§2.1 地壳是固体地球的外部层圈
椭球体
地球赤道半径(6378km)>两极半径(6357km) 地球表面参差起伏,大约70%海域, 30%陆地
地球的层圈构造
1.外部层圈（大气圈，水圈，生物圈） 2.固体地球―――内部分层(地壳，地幔，地核)
弹性—弯曲，恢复 挠曲—弯曲不能恢复 延展性—能锤击成薄片或拉长成细丝的 特性
炼铁、炼钢
三、常见矿物
自然界产生的矿物—3000种 主要造岩矿物（常见矿物:数10种）
硅酸盐、氧化物、硫化物、 卤化物、碳酸盐等
§2.3 岩石
岩浆作用：火成岩 沉积作用：沉积岩
岩石是地壳的基本组成物质，是内、外动力地质作 用的产物。 按形成方式有火成岩（岩浆岩）、沉积岩和变质岩
搬运物在适宜场所堆积（机械沉积；化学沉积；生 物化学沉积）
（5）硬结成岩
压实；胶结；重结晶
外力地质作用一般按风化→剥蚀→搬运→沉积→硬结 成岩的程序进行。
大陆以剥蚀为主，海洋以沉积为主。
山区以剥蚀为主，平原以沉积为主。
内力和外力地质作用的关系：
内力地质作用决定地表的基本形态和内部构造—地 表形态的塑造者。 外力地质作用破坏和重塑地表形态—地表形态的雕 刻者。 地壳上升时，遭受剥蚀。
喷出岩
裂隙式喷发：熔岩被
火成岩的产状
上凸（岩盖） 下（岩盆）
侵入到岩层裂隙冷 凝形成（岩墙）
规模巨大岩体 （岩基）
岩体成层状，平 行沉积岩层理 （岩床）
岩基边缘的分枝 或独立侵入体 （岩株）
（4）火成岩石分类 按SiO2的含量分:
超基性岩石；基岩；中性岩；酸性岩
二氧化硅 含量渐大
按岩浆冷凝环境分： 侵入岩（深成岩，浅成岩）； 喷出岩
4.变质作用类型 按引起岩石的地质条件和主导因素，变质作用分四种： a.接触变质作用：发生在侵入体与围岩的接触带上，是 由于温度升高及来自岩浆的化学活动组成的作用。 矿物重结晶，物质成分重新 组合而化学成分无显著变化 为接触热变质作用。 新的矿物产生，岩石化学成 分显著变化为接触交代变质 作用。
接触变质带示意图
b.区域变质作用：高温、高压等因素联合作用于一
1-8，反射能 力由强变弱
2.光泽：矿物表面对可见光的反射能力
①金属光泽 ④玻璃光泽 ⑥丝滑光泽
在无釉瓷板上刻画后 ②非金属光泽 ③金刚光泽
⑤油脂光泽和树脂光泽 ⑦珍珠光泽
观察（赤铁矿呈赤红， 条痕则恒为樱红色）
⑧土状光泽
3.硬度
—矿物抵抗外力机械作用的强度(分十度)
1-滑石 2-石膏 3-方解石 4-莹石 5-磷灰石 6-正长石 7-石英 8-黄玉 9-刚玉 10-金刚石
第 章地壳及物质组成
地球具有层圈构造，地壳是固体地球最 外部的层圈。塑造地壳面貌的自然作用称地 质作用。元素、矿物、岩石是组成地壳的基 本单位。火成岩是岩浆作用的产物，沉积岩 是外力地质作用的产物，变质岩是变质作用 的产物。它们都有各不相同的矿物成分、结 构构造特性和代表性岩石。
第 章地壳及物质组成
成
灰黑至灰色
力学强度大、良好的建筑材料。
二、沉积岩： sedimentary rock
地表岩石破坏，经搬运后沉积硬结成岩 地表分布最广，占地壳表面积75% 按形成途径分两种： 碎屑岩
化学岩（蒸发岩）
1.沉积岩的矿物成分
碎屑矿物：石英和粘土矿物，其次是 长石和云母 化学矿物：碳酸盐矿物方解石、文石、 白云石等
在地表条件下，自然界的岩石受大气、水、生物 等因素影响，在原地发生机械崩解或化学分解，形 成松散堆积物的过程。
（2）剥蚀作用 各种地质营力，在运动过程中对地表岩石产 生破坏，并把破碎分解了的产物剥离原地。
（3）搬运作用
风化与剥蚀形成的破坏产物被搬运到他处（拖曳搬运 ，悬浮搬运，溶解搬运）
（4）沉积作用
1-10，硬 度由小变大
如何判断某种 矿物硬度？
4.解理和断口 解理—受外力作用，矿物能沿一定方向破裂成平面 的性质 分三级：完全、中等或不完全
断口—受外力打击后，矿物无规则地沿解理面 以外方向破裂 断口形态有：贝壳状断口，参差状断口，锯齿 状断口，平坦状断口
5.密度
变化幅度大 分轻、中等、重三级。中等（2.5-4g/cm3） 6.弹性、挠曲、延展性
5.安山岩(andesite)
中性喷出岩，斑状结构； 灰ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ灰褐、紫色 较强，可作建筑材料。
6.玄武岩(basalt)
分布最广泛的火成岩 主要由斜长石和辉石组成 呈暗灰色至黑色 隐晶质结构或斑状结构，具气孔 和杏仁构造
力学强度高，良好的建筑材料。
7.辉绿岩(diabase)
浅层侵入岩 ，由斜长石、辉石组
火成岩的构造—指矿物集合体在岩石中的排列
和充填方式。
①块状构造 ②气孔与杏仁构造 ③流纹构造
（3）火成岩的产状：指岩体的形态、大小、深度以及与 围岩的关系。 深成岩（地表以下5KM至10-20KM）产状： ①岩基 ②岩株 浅成岩（小于5KM）产状： ①岩墙 ②岩床 ③岩盖和岩盆
侵入岩
中心式喷发：火山锥熔，岩流
其中：
火成岩—块状构造 沉积岩—层状构造 变质岩—片理构造
注：矿物成分、结构和构造特征是识别岩石类型的主要依据
一、火成岩（岩浆岩） ：magmatic rock
由地下深处的高温高压熔 融的岩浆以侵入或喷出方
式直接冷凝而成。
化学成分：99%以上是O、Si、
Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti 九种元素，O、Si占质量75%， 体积93%
（4）蒸发岩--是一种纯化学成因的岩石，由蒸 发作用沉淀而生成
岩盐、石膏、硬石膏
三、变质岩： metamorphic rock 原来的岩石（火成岩、 沉积岩、变质岩）
高 温 高 压 \ 气 体 液 体 \
有自身的特点， 保留原岩的某些 特征
变质岩
1.变质岩的矿物成分 特征矿物:红柱石、蓝晶石、硅绞石、硅灰石等 火成岩、沉积岩中的矿物：石英、钾长石、钠长石、 白云母、黑云母等
喷出 侵入
（1）矿物成分： 最广泛的矿物6-7种—橄榄石、辉石、 角闪石、黑云母、斜长石、钾长石和石 英等。 石英、长石类矿物颜色较浅称浅色矿物。 橄榄石、辉石、角闪石及黑云母类矿物 为暗色矿物。
（2）火成岩的结构和构造 火成岩的结构主要指组成火成岩矿物颗粒的 大小和结晶程度等 ①显晶质结构 ③隐晶质结构 ②斑状结构 ④玻璃质结构
2.沉积岩的结构
指沉积岩颗粒的性质、大小、形态及其相互关系
a.碎屑结构：机械沉积的碎屑物
按碎屑的大小分：砾状结构，砂状结构，粉砂状结构，泥状结 构 b.非碎屑结构（结晶结构):颗粒为矿物晶粒
粉砂岩(siltstone)
磷质岩(phosphatic rocks)
3.沉积岩的构造 a.层理构造---成层性
①砾岩d>2mm
②砂岩d=0.05~2mm
③粉砂d=0.005~0.05
④粘土岩d<0.005(沉积岩中分布最广)
（2）火山碎屑岩--火山喷发的碎屑 ①凝灰岩d<2mm ②火山角砾岩d=2~50mm ③火山集块岩d>50mm
（3）非蒸发岩--沉积盆地中化学或生物化学作用 的产物
石灰岩、白云岩和硅质岩等
火成岩代表性岩石简介
1.花岗岩(granite) 结晶粒状深成岩， 白石英， 长石和 云母（黑）组成。 颜色—灰白色、灰 色、肉红色等 密度2.7，致密坚 硬、空隙小、强度 大、良好的建筑材 料。
花岗岩的矿物成份
2.闪长岩(diorite)
中性深层侵入岩。由斜长石、角闪石组成， 有少量黑云母。
颜色较深—深灰色、灰绿色
（1）地壳(构造)运动： 水平挤压岩层成褶皱，竖向运动致地壳升降
（2）岩浆作用： 岩浆沿地壳软弱破裂带上升造成火山喷发成火 山岩或地下冷凝成侵入岩
（3）变质作用： 构造运动及岩浆作用过程中使原有岩石受温度、 压力和流体作用在固态下发生物质成份和特征改变成 新的岩石（变质岩）
（4）地震：
地球表面岩层中构造运动以弹性波释放应变能 引起地壳震动