《岩石物理力学性质》PPT课件

变质岩
• 变质岩是在高温高压和矿物质的混合作用下由一种石头自然变 质成的另一种石头。质变可能是重结晶、纹理改变或颜色改变。
• 变质岩是在地球内力作用，引起的岩石构造的变化和改造产生 的新型岩石。这些力量包括温度、压力、应力的变化、化学成 分。固态的岩石在地球内部的压力和温度作用下，发生物质成 分的迁移和重结晶，形成新的矿物组合。如普通石灰石由于重 结晶变成大理石。
Biblioteka Baidu粘土 岩类
泥质结构 粒径<0.005mm
化学 及生 物化 学岩 2020类/11/25
结晶结构及 生物结构
岩石分 类名称 火山集 块岩 火山角 砾岩 凝灰岩
砾岩
砂岩
粉砂岩
泥岩 页岩
石灰岩
白云岩
主要亚类及其组成物质
主要由大于100mm的熔岩碎块、火山灰尘等经压密胶结而成
主要由100~2mm的熔岩碎屑、晶斜、玻屑及其他碎屑混入物 组成 由50%以上粒径<2mm的火山灰组成，其中有岩屑、晶屑、玻 屑等细粒碎屑物质 角砾岩 有带棱角的胶粒经胶结而成 砾岩 由辉圆的砾石经胶结而成 石英砂岩 石英含量>90%、长石和岩屑<10% 长石砂岩 石英含量<75%、长石>25%、岩屑<10% 岩屑砂岩 石英含量<75%、长石<10%、岩屑>25%
•基性和超基性岩石主要是由易于风化的矿物组成，非常容易风化 ； •酸性岩石主要由较难风化的矿物组成，抗风化能力比起同样结构的基 性岩要高 ； •沉积岩主要由风化产物组成，大多数为原来岩石中较难风化的碎屑物 或是在风化和沉积过程中新生成的化学沉积物，稳定性一般都较高； •变质岩的抗风化能力与火成岩相似。
– 等粒结晶结构一般比 非等粒结晶结构的强 度大，抗风化能力强。 细粒结晶结构比粗粒 的强度高。在斑状结 构中，细粒基质比玻 璃基质的强度高，总 之，晶粒愈细，愈均 匀，玻璃质愈少，则 强度愈高。
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层解石+水晶 雌黄雄黄共生结晶簇
• 胶结连结
– 岩石强度主要取 决于胶结物及胶 结类型。硅质、 铁质胶结的岩石 强度较高，钙质 次之，而泥质胶 结强度最低。
• 当地下深处的岩浆喷出地表时，就形成了火山喷发，火山 喷出的物质在地表快速冷凝固结，就形成了火山岩。如果 地下岩浆没有喷出地表，而是上升到地壳浅部就开始冷凝 结晶，这就形成了侵入岩，火山岩和侵入岩统称为火成岩 或岩浆岩。
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• 深成岩 • 浅成岩 • 喷出岩
• 深成岩 – 有的时候，火成岩不一定是直接由岩浆冷却而成，也可以是经由流出地 表的熔岩冷结晶形成，形成于地底下的称之为深成岩，也就是指“形成 于深处的岩石 ”。
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1.2 岩石的基本构成和地质分类
• 岩石是自然界中各种矿物的集合体，是天然地质 作用的产物。
• 岩石是构成岩体的基本单元。
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1.2.1 岩石的基本构成
• 岩石的基本构成是由组成岩石的物质成分和结构 两方面决定。
• 组成岩石的矿物称为造岩矿物。矿物是地壳中天 然生成的自然元素或化合物，它具有一定的物理 性质、化学成分和形态。
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• 浅成岩 – 多为岩床、岩墙、岩脉等小侵入体。 – 岩石多呈现斑状结构。
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煌斑岩为一种浅成 岩，通常颜色较深， 含有由暗色矿物组 成的斑晶，在肉眼 观察时，其标本闪 闪发光，因此而得
名。
• 喷出岩 – 喷出岩是一种火成岩，也被称为火山岩，是由火山喷出的岩浆在地表迅 速冷却后形成的岩石，由于冷却速度很快，一般喷出岩的结构会形成细 粒、隐晶，或形成玻璃质，经常包含有碎屑和斑晶。 – 喷出岩由于冷却很快，有时其中气体无法逸出，形成很小的气泡，最典 型的如浮岩，由于含气量大，造成比重小，甚至能在水中漂浮。
沉积岩
• 沉积岩的形成过程一般可以分为先成岩石的破坏 （风化作用和剥蚀作用）、搬运作用、沉积作用 和硬结成岩作用等几个互相衔接的阶段。
• 但这些作用有时是错综复杂和互为因果的，如岩 石风化提供剥蚀的条件，而岩石被剥蚀后又提供 继续风化的条件；
风化、剥蚀产物提供搬 运的条件，而岩石碎屑在 搬运中又可作为进行剥蚀 作用的“武器”；物质经 搬运而后沉积，而沉积物 又可受到剥蚀破坏重新搬 运。 2020/11/25
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• 花崗岩 – 深成岩，酸性的岩漿慢慢冷卻形成，含有大量的二氧化矽成分(石英)。 – 礦物顆粒較粗大約0.1-0.5公分，主要礦物有石英、正長石、白雲母與黑 雲母。 – 岩石的顏色呈灰白色、粉紅色或紅色。
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岩浆岩分类简表
表1-2
化学成分 酸基性 颜色
矿物成分
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岩盖︰大多发生于酸性岩浆，粘度大不易向两侧流动，所以形成盖状 岩盆︰盆状，由于形成于较深处，因此结晶颗粒较大 岩床︰较常发生于基性岩浆，易向两侧扩展，形成于地底下较浅处 岩基︰为最大的不整合贯入，主要成分为花岗岩 岩株︰面积较小的岩株，或为岩基的一部份 20岩20/脉11/︰25 岩浆沿裂缝上升的产物，常群体出现
变质岩——在已有岩石的基础上，经过变质混合 作用后形成的岩石。变质岩的性质与变质作用的 特点及原岩的性质有关。其岩石力学性质差别很 大。
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岩浆岩（火成岩）
• 是由熔融的岩浆冷凝结晶形成的，而岩浆又是地下的岩石 在高温（625～1200℃）下溶化形成的。
• 科学家估计，地心的温度可能有5000℃。大多数热通过对 流和传导的方式从地心传到固体的地球外壳。热也能够在 岩石圈子下部通过磨擦而产生，俯冲的地壳板块也能产生 足够的热和压力熔化岩石，这个事实解释了一些沿大陆板 块边缘分布的火山。
• 在地球由原始太阳星云的部份物质构成后计起，科学家估计大约有四十五亿 七千万年之久。
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岩浆岩——由岩浆冷凝后形成的岩石，按照冷凝 时的地质环境的不同，又可分为深成岩、浅成岩 和喷出岩。
沉积岩——由风化剥蚀作用或火山作用形成的物 质，在原地或被外力搬运，在适当条件下沉积下 来，经胶结和成岩作用而形成的，其矿物成分主 要是粘土矿物，碳酸盐和残余的石英长石等，具 层理构造，岩性一般具有明显的各向异性。
不含长石
石英、云 黑云母、
母、角闪 角闪石、
石
辉石
角闪石、辉 辉石、角 石、黑云母 闪石、橄
榄石
橄榄石、 辉石
花岗岩 正长岩
闪长岩
辉长岩
橄榄岩 辉岩
花岗斑岩 正长斑岩
玢岩
辉绿岩
未遇到
流纹岩 粗面岩
安山岩
玄武岩
未遇到
黑耀岩、浮石、火山凝灰岩、火山碎屑岩、火山玻璃
产状
岩基、岩 株
岩脉、岩 床、岩盘
熔岩流 火山喷出 的堆积物
矿物名称 滑石 石膏 方解石 萤石 磷灰石 正长石 石英 黄玉 刚玉 金刚石
野外简易鉴定方法 用软铅笔划时留下条痕，用指甲容易刻划 用指甲可刻划 用黄铜板刻划可留下条痕，用小刀很容易刻划 小刀可刻划 用削铅笔刀刻划时可留下明显划痕，不能刻划玻璃 小刀可勉强留下看得见的划痕，能刻划玻璃 用小刀不能刻划 能刻划玻璃，难于刻划石英 能刻划石英 能刻划石英
主要由石英、长石的粉、粘粒及粘土矿物组成
主要由高岭石、微晶高岭石及水云母等粘土矿物组成 粘土质页岩 有粘土矿物组成 碳质页岩 由粘土矿物及有机质组成 石灰岩 白云石含量>90%、粘土矿物<10% 泥灰岩 方解石含量75%~50%、粘土矿物25%~50%
白云岩 白云石含量90%~100%、方解石<10% 灰质白云岩 白云石含量50%~75%、方解石50%~25%
– 胶结类型 ① 基底胶结 ② 孔隙胶结 ③ 接触胶结
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• 岩石中存在微结构面 – 矿物解理 – 微裂隙 – 粒间空隙 – 晶格缺陷 – 晶格边界
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矿物解理
• 矿物的解理就是矿物晶体受应力作用超过弹性限度,沿结晶学方向破裂成光滑 的平面的现象.
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玉门关雅丹魔鬼城
沉积岩分类简表
表1-3
岩类
结构
粒径>100mm
火
山
粒径100~2mm
碎
屑 碎岩 碎
粒径<2mm
屑
屑
岩
结
类
构
沉 积 碎 屑 岩
砾状结构 粒径>2.00mm
砂质结构 粒径
2.00~0.05mm
粉状结构 粒径
0.05~0.005mm
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• 玄武岩 – 岩漿從地殼的深部快速的上升到地表，冷卻變成岩石的時間非常短，岩 漿中的礦物來不及長成為大的礦物顆粒，所以具有細小的礦物顆粒並且 含有大量來不及形成礦物的火山玻璃。 – 顏色呈墨綠色，風化後顏色呈綠色，岩石中的礦物顆粒非常細，偶而可 以看見白色長條狀礦物為斜長石。
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• 玄武岩
基性喷出岩的一种。成分相当于辉
长岩。灰黑色。常具气孔状、杏仁
状构造和斑状结构。
斑晶为橄榄石、辉石、基性长石等；
基质一般为细粒或隐晶质。
按次要矿物的不同，可划分为橄榄
玄武岩、紫苏辉石玄武岩等；按结
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构构造，可分为气孔状玄武岩、杏 仁状玄武岩等；
• 安山岩 – 由於安山岩是岩漿噴發，快速冷卻而成的，所以礦物顆粒很小，常見的 礦物有長石、角閃石、輝石與黑雲母，偶而含有石英，其餘細粒的物質 是火山玻璃。 – 安山岩的礦物排列方式是大顆粒的礦物夾在火山玻璃之中，構成斑狀的 結構，顆粒大小約1-3mm。岩石有紅、綠、黑、灰、白等各種顏色。
• 白云质灰岩晶间微裂隙
微裂隙
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• 粒间空隙
粒间空隙
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晶格
• 晶格边界、晶格缺陷
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• 微结构面对岩石工程性质的影响 – 大大降低岩石的强度 – 导致岩石的各向异性 – 增大岩石的变形、改变弹性波速、电阻率和热传导率等
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1.2.2 岩石的地质成因分类
• 主要造岩矿物：最主要的造岩矿物只有30多种， 如石英、长石、辉石、角闪石、云母、方解石、 高岭石、绿泥石、石膏、赤铁矿、黄铁矿等。
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1.2.1.1 岩石的主要物质成分
按照生成条件划分，矿物可分为： 原生矿物——由岩浆岩冷凝生成，如石英、长石、辉石、角闪 石、云母等； 次生矿物——由原生矿物经风化作用直接生成，如由长石风化 而成的高岭石、由辉石或角闪石风化而成的绿泥石等， 或在水溶液中析出生成，如石膏、方解石。
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1.2.1.1 岩石的主要物质成分
主要造岩矿物抗风化相对稳定性
抗风化 稳定性
非常稳定的
矿物 名称
石 英
锆 长 石
白 云 母
稳定的
较稳定的
正 长 石
钠 酸性 角 长 斜长 闪 石石 石
辉 石
表1-1
不稳定的
黑 云 母
基性 斜长
石
霞 石
橄黄 榄铁 石矿
各矿物的相对稳定性主要与其化学成分、结晶特征及形成条件有关。
第一章 岩石物理力学性质
1、岩石的基本构成和地质分类 2、岩石的物理性质 3、岩石的力学性质 4、影响岩石力学性质的主要因素
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1.1 概 述
• 岩石是组成地壳的自然物体，是经过地质作用而 形成的矿物集合体，在陆地和海洋广泛分布。
• 岩石按成因有三大类：岩浆岩、沉积岩、变质岩。
• 岩石的种类不同，其物理力学性质差异较大，加 之不同时期、不同强度的构造作用，也就决定岩 石力学问题复杂多变。
矿物的外表形态： 结晶体——大多呈现规则的几何形状； 非结晶体——呈现不规则的形状。
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图 几种主要造岩矿物单个晶体的形态
1.2.1.1 岩石的主要物质成分
硬度是指其抵抗外力刻划的能力 。通常选定下表中的十种矿
物，作为硬度标准确定其它矿物的硬度等级。
硬度等级 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
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1.2.1.2 常见的岩石结构类型
• 岩石的结构是指岩石中矿物（及岩屑）颗粒相互之间的关系，包括颗粒的大 小、形状、排列、结构连结特点及岩石中的微结构面。
• 岩石中结构连结的类型分别为： – 结晶连结 – 胶结连结
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• 结晶连结
– 岩石中矿物颗粒通过 结晶相互嵌合在一起。
成因及结构
深 成
等粒状，有时为 斑状，所有矿物 均能用肉眼鉴别
浅 成
斑状（斑晶较大 且可分辨出矿物 名称）
玻璃状，有时为 细粒斑状，矿物
喷 难用肉眼鉴别
出
玻璃状或碎屑状
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含Si、Al为主
含Fe、Mg为主
酸性
中性
基性
超基性
浅色（浅灰、浅红、浅黄）
深色（深灰、绿色、黑 色）
含正长石
含斜长石