第2章岩石及其工程地质性质

第2章岩石及其工程地质性质【教学基本要求】1．了解地球的内圈层构造，知道地球的外圈层。

2．了解地质作用。

3．理解矿物（晶体）的形态，矿物的颜色、透明度、光泽、硬度、解理及断口等物理性质，理解主要硅酸盐、碳酸盐、氧化物造岩矿物的室内鉴定特征。

4．理解岩浆岩、沉积岩、变质岩的成因、矿物成分、结构、构造、分类及代表性岩石的特征。

了解岩浆岩的产状。

5．理解岩石的物理性质、水理性质及其力学性质指标，掌握岩石的坚硬程度分类。

【学习重点】1、地质作用的类型及其对地壳改造的作用。

2、常见造岩矿物的主要形态及其主要的物理性质。

3、岩浆岩、沉积岩、变质岩的主要矿物成分及其结构、构造。

4、岩石工程地质性质指标的基本概念及其意义。

【内容提要和学习指导】2.1 地球的总体特性地球是一个不标准的旋转椭球体，赤道半径(a)6378.14km，两极半径(b)6356.779km，地球的扁平率（）为，赤道附近稍微凸出，极区稍微扁平，赤道与极地半径相差22km。

1、地球的圈层构造地球具有一定的圈层构造，以地表为界分为外圈和内圈，外圈包括大气圈、水圈和生物圈；内圈通常分为地壳、地幔和地核。

地壳是莫霍面以上固体地球的表层部分，平均厚度约为33km，大陆地壳厚度较大，大洋地壳厚度较；地幔是莫霍面以下、古登堡面以上部分，厚度约2900km，是地球的主体部分，主要由固态物质组成；地核是地球内古登堡面以下至地心的部分，厚度为3500km。

2、地质作用在自然界中所发生的一切可以改变固体地球的物质组成、构造和地表形态的作用称为地质作用。

根据地质作用的动力来源，地质作用可分为内动力地质作用和外动力地质作用两大类。

由地球内部能如地球的旋转能、重力能、放射性元素蜕变的热能等产生的地质应力所引起的地质作用即内动力地质作用，主要在地下深处进行，并可波及地表。

内动力地质作用包括：地壳运动、地震作用、岩浆作用和变质作用。

岩浆岩、变质岩等便是内动力地质作用的产物。

由地球范围以外的能源，如太阳得辐射能、日月的引力能等为主要能源在地表或地表附近进行的地质作用，称为外动力地质作用。

外力作用是地壳表层的水、大气、生物以外部能为能源，改造雕塑地壳（主要是地壳表面）的过程，外力作用的主要类型有：风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用和成岩作用。

2.2 造岩矿物岩石是在地质作用下产生的，由一种或多种矿物以一定的规律组成的自然集合体。

他构成了地球的固体部分。

按成因岩石分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。

由于岩石是由矿物组成的，所以要认识岩石，分析岩石在各种自然条件下的变化，进而对岩石及其组成的周围环境进行工程地质评价。

就必须首先了解矿物。

矿物是天然形成的元素单质和无机化合物，其化学成分和物理性质相对均一和固定，一般为结晶质。

自然界中的矿物，都是在一定的地质环境中形成的，随后并因经受各种地质作用而不断的发生变化。

每一种矿物只是在一定的物理和化学条件下才是相对稳定的，当外界条件改变到一定程度后，矿物原来的成分、内部构造和性质就会发生变化，形成新的次生矿物。

1、矿物的（肉眼）鉴定特征矿物的形态和矿物的物理性质决定于其化学成分和晶体格架的特点。

因此，是鉴别矿物的重要依据。

1）矿物的形态是指矿物单体及同种矿物集合体的形态。

矿物集合体的形态取决于单体的形态和它们的集合方式。

集合体按矿物晶粒大小分为：肉然可辨认晶体颗粒的显晶矿物集合体和肉眼不能辨认的隐晶质或非晶质矿物集合体。

显晶矿物集合体有规则连生的双晶集合体和不规则的粒状、块状、板状、片状、纤维状、针状等；隐晶矿物集合体主要形态有球状、土状、结核状、鲕状、豆状、钟乳状、笋状集合体等。

2）矿物的颜色是矿物对不同波长可见光吸收程度不同的反映。

一般说来，含铁、锰多的矿物，如黑云母、普通角闪石、普通辉石等，颜色较深，多呈灰绿、褐绿、黑绿以至黑色；含硅、铝、钙等成分多的矿物，如石英、长石、方解石等，颜色较浅，多呈白、灰白、淡红、淡黄等各种浅色。

3）光泽是矿物表面的反射光感。

决定其折光率，折光率愈大，反射率愈高，光泽愈强。

一般按光泽强弱分为四个等级：金属光泽，反光很强，犹如电镀的金属表面光亮耀眼，如黄铁矿；半金属光泽，似未磨光的铁器表面的光亮程度，如褐铁矿；金刚光泽；玻璃光泽，如长石、石英等。

光泽强度是以晶面或解理面等平面的反光程度作为标准。

当反射面不平时，矿物可形成某种独特的光泽。

如丝绢光泽、油脂光泽、蜡状光泽、珍珠光泽、土状光泽等。

4）硬度是矿物抵抗刻划、研磨的能力。

由于矿物的化学成分和内部构造不同，所以不同的矿物常具有不同的硬度。

矿物的相对硬度表（摩氏硬度计）见文字教材p8表2-1。

5）解理和断口是矿物受外力打击后，严格按一定方向裂开成光滑平面的性质，破裂形成的平面叫解理面，按照解理产生的难易程度，可将矿物的解理分成四个等级：极完全解理、完全解理、中等解理、不完全解理；无固定方向的破裂并呈各种凹凸不平的断面称为断口，如贝壳、参差状等。

另外，矿物的密度、弹性、挠性等对某些矿物的鉴别有时是十分重要的，滑石的滑腻感、方解石遇盐酸起泡等，都可作为鉴别该矿物的特征。

2、常见的造岩矿物野外常见造岩矿物的鉴别大致可按以下步骤进行：首先应找到矿物的新鲜面，只有矿物的新鲜面才能真实的反映矿物化学成分和特征；其次观察鉴别矿物的形态和物理性质；第三，根据观察到的矿物的物理性质，结合常见造岩矿物的特征，对矿物进行命名。

文字教材p9表2-2列出了常见造岩矿物的形态和主要特征，供学习者学习和鉴别时使用。

2.3 岩浆岩岩浆岩又称火成岩，是由岩浆冷凝固结所形成的岩石。

岩浆位于上地幔和地壳深处，以硅酸岩为主要成分和一部分金属硫化物、氧化物、水蒸气及其它挥发性物质（CO、CO2、H2S等）组成的高温、高压熔融体。

岩浆上升侵入周围岩层中所所形成岩石称为侵入岩。

根据其规模及形成深度，侵入岩又可分为深成岩和浅成岩两大类。

岩浆喷出地表形成的岩浆岩称为喷出岩。

1、岩浆岩的产状岩浆岩的产状是指岩浆岩体的形态、规模、与围岩的接触关系、形成时所处的地质构造环境等。

岩浆岩的产状大致包括：岩基、岩株、岩盖和岩盆、岩床、岩脉、火山锥等。

2、岩浆岩的矿物成分组成岩浆岩的矿物，根据颜色，可分为浅色矿物和深色矿物两类：浅色矿物包括石英、正长石、斜长石、白云母等；深色矿物有角闪石、辉石、橄榄石、黑云母等。

根据SiO2的含量，岩浆岩可分为：酸性岩类、中性岩类、基性岩类和超基性岩类3、岩浆岩的结构岩浆岩的结构是指组成岩石的矿物的结晶程度、晶粒大小、晶体形状、及其相互结合的方式。

岩浆岩的结构特征，是岩浆成分和岩浆冷凝时物理环境的综合反映。

岩浆岩的结构包括：岩石全部由结晶矿物所组成的全晶质结构；致密状，矿物晶粒细小，肉眼和放大镜均不能分辨的隐晶质结构；由两组直径相差甚大的矿物颗粒组成，其中大晶粒散布于细小晶粒之间的似斑状结构和类似于似斑状结构，但基质为隐晶质或玻璃质矿物的斑状结构；岩石全部为非晶质所组成，均匀致密似玻璃的玻璃质结构。

4、岩浆岩的构造岩浆岩的构造是指岩石中不同矿物颗粒集合体分布与排列的特征。

岩浆岩的主要构造有：块状构造、流纹状构造、气孔状构造、杏仁状构造等。

5、岩浆岩的分类与常见的岩浆岩岩浆岩的分类方案主要考虑岩石的化学成分和冷凝固结成岩时的环境。

首的含量，将岩浆岩分为超基性岩、基性岩、中先，根据岩浆岩的化学成分SiO2性岩及酸性岩。

其次，根据成岩环境，分成喷出岩、浅成岩、深成岩。

在此基础上，进一步考虑岩浆岩的矿物成分，结构、构造等因素，对岩浆岩进行了具体的分类（见文字教材p11表2-3）。

常见的岩浆岩及其特征见文字教材p13~ p14。

2.4 沉积岩1、沉积岩的形成沉积岩的形成是一个长期而复杂的地质作用过程，一般可分为四个阶段：风化、剥蚀阶段、搬运阶段、沉积阶段、硬结成岩阶段。

2、沉积岩的矿物组成沉积岩的物质组成包括：碎屑物质先成岩石物理风化作用的产物，其中大部分是化学性质比较稳定，难溶于水的原生矿物的碎屑。

粘土矿物主要是一些由含铝硅酸盐类矿物的岩石，经化学风化作用形成的次生矿物。

如高岭石，微晶高岭石及水云母等。

这类矿物的颗粒极细（<0.005mm），具有很大的亲水性、可塑性及膨胀性。

化学沉积矿物由纯化学作用或生物化学作用从溶液中沉淀结晶产生的沉积矿物。

如方解石、白云石、石膏、石盐、铁和锰的氧化物或氢氧化物等。

有机质及生物残骸由生物残骸或有机化学化而成的物质。

如贝壳、泥岩及其他有机质等。

3、沉积岩的结构沉积岩的结构是指沉积岩的组成物质、颗粒大小、形状及结晶程度。

它不仅决定于岩性特征，也反映了形成条件，沉积岩的结构可分为四种。

碎屑结构由碎屑物质被胶结物胶结而成。

是沉积岩所特有的结构。

泥质结构由粒径<0.005mm的粘土矿物颗粒组成。

是泥岩、页岩等粘土岩的主要结构。

特征是手摸有滑感，用刀切成平滑切面，断口成贝壳状。

结晶结构由溶液中沉淀或经重结晶所形成的结构。

结晶结构为石灰岩、白云岩等化学岩的主要结构。

生物结构由生物遗体或碎片所组成，贝壳结构、珊瑚结构等。

是生物化学岩所具有的结构。

4、沉积岩的构造沉积岩的构造，是指沉积岩各个组成部分的空间分布和排列方式。

主要包括：层理构造层理是沉积岩在形成过程中，由于沉积环境的改变所引起的沉积物质的成分、颗粒大小、形状或颜色在垂直方向发生变化而显示成层的现象。

层理是沉积岩最重要的一种构造特征，是沉积岩区别于岩浆岩和变质的最主要标志。

层面构造层面构造指岩层层面上由于水流、风、生物活动、阳光曝晒等作用留下的痕迹，如波痕、泥裂、雨痕等。

结核结核是成分、结构、构造及颜色等与周围沉积物（岩）不同的、规模不大的团块体。

结核形态很多，有球状、不规则团块状等。

生物成因构造由于生物的生命活动和生态特征，而在沉积物中形成的构造称生物成因构造。

如生物礁体、叠层构造、虫迹、虫孔等。

5、沉积岩的分类和常见的沉积岩沉积岩的分类根据沉积岩石的组成成分，结构和形成条件，分为碎屑岩、粘土岩、化学岩及生物化学岩类。

见文字教材p18表2-4。

常见的沉积岩及其特征见文字教材p18~ p19。

2.5 变质岩地壳中已形成的岩石（岩石浆岩、沉积岩、变质岩），由于地壳运动和岩浆活动等造成地质环境和物理化学条件的改变，处在高温高压和其它化学因素作用下，使岩石的成分、结构、构造发生一系列变化。

由地球内力作用促使岩石发生矿物成分及结构构造变化的作用称为变质作用。

由变质作用形成的岩石称为变质岩。

1、变质作用的因素及类型变质作用的因素指在变质过程中起作用的物理—化学条件，即引起岩石变质的外部因素。

促使岩石变质因素主要有温度、压力、具化学活动性流体及时间。

根据变质作用的主要因素和地质条件，可将变质作用分为接触变质作用、区域变质作用、混合岩化作用和动力变质作用四种类型：2、变质岩的矿物成分组成变质岩的矿物，一部分是与岩浆岩或沉积岩所共有的，如石英、长石、云母、角闪石、辉石、方解石等。