2第二章岩石及其组成.ppt

第二章岩石及其工程地质性质,内容提要一、岩石的组成物质矿物二、岩石的类型及其特征三、岩石的工程地质性质,一、岩石的组成物质矿物,（1）岩石Rock指经地质作用形成的由矿物或岩屑组合而成的集合体。单矿岩如纯洁的大理岩由方解石组成；复矿岩大多数岩石是由两种以上的矿物组成的复矿岩，如花岗岩由长石、石英等组成。（2）岩石成因分类根据其成因可分三大类岩浆岩（火成岩）沉积岩变质岩,1.矿物的基本概念矿物（mineral）是地质作用形成的天然单质或化合物，它具有一定的化学成分和物理性质。固体矿物按其内部构造分为结晶质矿物和非结晶质矿物。（1）结晶质矿物（crystallinemineral）指矿物不仅具有一定的化学成分，而且组成矿物的质点（原子或离子）按一定方式作规则排列，并可反映出固定的几何外形。（2）非结晶质矿物（amorphousmineral）指组成矿物的质点不作规则排列，因而没有固定形状。自然界的矿物很多，约有三千种，最常见的只有五六十种，构成岩石主要成分的矿物不过二三十种。组成岩石矿物主要成分的矿物，常称造岩矿物，它们共占地壳重量的99。最常见的造岩矿物有长石、石英、云母、角闪石、辉石、橄榄石等等。,,,,,,,1.矿物的物理性质矿物的物理性质取决于矿物的化学成分和内部构造。矿物的物理性质有形态、颜色、硬度、解理、光泽、断口、条痕、透明度和重度等。矿物的物理性质特征是鉴别矿物的重要依据。（1）矿物的形态形态是矿物的重要外表特征，它与矿物的化学成分和内部结构以及生长环境有关，是鉴定矿物和研究矿物成因的重要标志之一。单体和集合体形态各有差异。,a.矿物单体形态一向延伸沿一个方向特别发育，呈柱状、针状或纤维状晶形，如石英、辉锑矿、纤维石膏等；二向延伸沿两个方向特别发育，呈片状、板状，如云母、石膏等；三向延伸沿三个方向发育大致相同，呈粒状，如黄铁矿、磁铁矿等。,b.矿物集合体形态指同种矿物多个单晶聚集生长的整体外观，其形态不固定，常见的有,粒状集合体，如磁铁矿；鳞状集合体，如云母；鲕状或肾状集合体，如赤铁矿；放射状集合体，如红柱石（形如菊花又称“菊花石”）；簇状集合体，如石英晶簇。,2.矿物的颜色和条痕a.矿物的颜色自色矿物本身所固有的颜色。如黄铁矿呈现黄铜色、方解石为白色；他色矿物由于外来物质的混入呈现的颜色。如石英是无色透明的，常因有色的杂质混入而呈现紫色、玫瑰色、烟灰色等；假色由矿物表面的氧化膜或解理面所引起的光线干涉作用造成的颜色。,b.条痕（streak）矿物粉末的颜色称为矿物的条痕。一般是看矿物在白色无釉的瓷板上划出的线条的颜色。矿物的条痕色比矿物表面颜色更固定，如赤铁矿块体表面可呈现红、钢灰色，但条痕总是樱桃红色，因而更具有鉴定意义。矿物的条痕呈现矿物的自色。,3.矿物的光泽（luster）矿物表面反射光线的特点称为光泽。根据矿物新鲜平滑面上反射光线的情况将光泽分为金属光泽（metallicluster）半金属光泽（submetallicluster）非金属光泽（nonmetallicluster）珍珠光泽丝绢光泽油脂光泽蜡状光泽土状光泽等等,4.矿物的解理与断口a.解理（cleavage）矿物受力后沿一定方向规则裂开的性质称为解理（cleavage）。裂开的面称为解理面（cleavageplane）。按解理面的完好程度解理可分为极完全解理完全解理中等解理不完全解理b.断口（fracture）矿物受力破裂后，不具方向性的不规则破裂面称为断口。,5.矿物的硬度（hardness）矿物抵抗外力刻划、压人、研磨的能力，称为硬度。通常是指矿物相对软硬程度。德国矿物学家德里克摩斯（FriedrichMohs）选择10种软硬不同的矿物作为标准，组成1～10度的相对硬度系列，称为“摩氏硬度计”。野外工作中我们常用指甲和小刀来判断矿物的硬度，并将其分为三级软矿物（指甲能刻划）；中等硬度矿物（硬度介于指甲与小刀之间）；硬矿物（小刀不能刻划）。,级别12345678910矿物滑石石膏方解石萤石磷灰石长石石英黄玉刚玉金刚石鉴别指甲刻划小刀可刻划刀刻不动可刻划玻璃,矿物硬度表,6.矿物的其它性质矿物的相对密度、透明度、磁性、放射性等对鉴定某些矿物是很重要的，例如磁铁矿和赤铁矿用磁铁极易区分；方解石和重晶石可以利用相对密度来区分；无色透明的冰洲石可以利用其特殊的重折射现象来鉴别。,二、岩石的类型及其特征,根据其成因可分为岩浆岩（火成岩）、沉积岩和变质岩三大类。,1.岩浆岩岩浆（magma）是产生于地下的高温熔融体。其成分以硅酸盐为主，还具有数量不等的挥发性成分。岩浆沿着地壳薄弱带侵人地壳或喷出地表，温度降低，最后冷凝形成的岩石称为岩浆岩（magmatite）。喷出岩岩浆喷出地表后冷凝形成的岩石。侵人岩岩浆在地表下冷凝形成。深成岩在较深处形成的侵人岩。浅成岩在较浅处形成的侵人岩。,1岩浆岩的矿物成分分为两类浅色矿物（light-coloredmineral）即硅铝矿物；暗色矿物（dark-coloredmineral）即硅镁矿物。岩浆岩的矿物成分，是岩浆化学成分的反映。岩浆的化学成分相当复杂，但含量高、对岩石的矿物成分影响最大的是二氧化硅。,2岩浆岩的结构与构造①岩浆岩的结构（textureofmagmatite）指组成岩石的矿物的结晶程度、晶粒大小、形态及其相互关系的特征。岩浆岩的结构特征，是岩浆成分和岩浆冷凝环境的综合反映。a.按结晶程度，岩浆岩的结构可分为全晶质结构岩石全部由矿物晶体组成。它是在温、压降低缓慢，结晶充分条件下形成的。这种结构是侵人岩，尤其是深成侵人岩的结构；非晶质结构又称为玻璃质结构。岩石全部由火山玻璃组成。它是在岩浆温、压快速下降时冷凝形成的。这种结构多见于酸性喷出岩，也可见于浅成侵人体边缘；半晶质结构岩石由矿物晶体和部分未结晶的玻璃质组成。多见于喷出岩和浅成岩边缘。,b.按矿物颗粒大小，岩浆岩的结构可分为等粒结构岩石中矿物为全晶质，同种矿物颗粒大小相近；不等粒结构斑状结构、似斑状结构。,等粒结晶结构（花岗岩）,斑状结构（安山岩）,隐晶结构（黑曜岩）,②岩浆岩的构造（structureofmagmatite）指岩石中不同矿物与其他组成部分的排列填充方式所表现出来的外貌特征。岩浆岩最常见的构造有块状构造组成岩石的矿物颗粒无一定排列方向、而是均匀地分布在岩石中，不显层次，呈致密块状。这是侵人岩常见的构造；流纹状构造岩石中不同颜色的条纹和拉长的气孔等沿一定方向排列所形成的外貌特征。这种构造是喷出地表的熔浆在流动过程中冷却形成的；气孔状构造岩浆凝固时，挥发性的气体未能及时逸出，以致在岩石中留下许多圆形、椭圆形或长管形的孔洞。在玄武岩等喷出岩中常常可见到气孔构造；杏仁状构造岩石中的气孔，为期矿物（如方解石、石英等）充填所形成的一种形似杏仁的构造。如某些玄武岩和安山岩的构造。结构和构造特征反映了岩浆岩的生成环境，因此，它是岩浆岩分类和鉴定的重要标志，也是研究岩浆作用方式的依据之一。,块状构造（闪长岩）,流纹状构造（黑曜岩）,气孔状构造（浮岩）,杏仁状构造（安山）,斑岩,伟晶岩,3岩浆岩的分类及常见的岩浆岩根据岩浆岩中SiO2，的含量，岩浆岩可分为下面几类酸性岩类（SiO2含量＞65％）．矿物成分以石英、正长石为主，并含有少量的黑云母和角闪石。岩石的颜色浅，重度小；中性岩类（Si02含量65～52）．矿物成分以正长石、斜长石、角闪石为主，并含有少量的黑云母及辉石。岩石的颜色比较深，重度比较大；基性岩类（Si02含量52～45）．矿物成分以斜长石、辉石为主，含有少量的角闪石及橄榄石。岩石的颜色深，重度也比较大；超基性岩类Si0245．矿物成分以橄榄石、辉石为主，其次有角闪石，一般不含硅铝矿物。岩石的颜色很深，重度很大。,2.沉积岩（sedimentaryrock沉积岩（sedimentaryrock是在地表或接近地表的条件下，由母岩（岩浆岩、变质岩和早已形成的沉积岩）风化剥蚀的产物经搬运、沉积和固结硬化而成的岩石。它是地壳表面分布最广的一种层状岩石。出露地表的各种岩石，经过长期的物理风化北学风化和生物风化的破坏，就逐渐形成岩石碎屑、细粒粘土矿物或者其他可溶解物质。这些风化产物，大部分被流水等运动介质搬运至河、湖、海洋等低洼的地方沉积下来，成为松散的堆积物这些松散堆积物经过长期压密、胶结、重结晶等复杂的地质过程，就形成了沉积岩。,（l）沉积岩的物质成分组成沉积岩的物质成分中常见的有矿物、岩屑、化学沉淀物、有机质和胶结物。矿物成分是指母岩风化后经搬运沉积下来的碎屑物质，如石英、长石、白云母等．以及由风化作用形成的粘土矿物；另一种是沉积过程中的新生矿物，如方解石、白云石、石膏、岩盐、铁和锰的氧化物或氢氧化物等，它们也是化学沉淀物。岩屑是母岩风化剥蚀搬运沉积下来的岩石碎屑。有机质包括动物物质和植物物质。有些岩石本身就是有机体或由有机体的碎屑组成，如煤、珊瑚礁、碎屑灰岩等。此外，还有其他方式生成的一些物质，如火山喷发产生的火山灰等。碎屑岩中的矿物碎屑或岩石碎屑由胶结物（cement粘结起来，常见的胶结物成分有钙质（CaC03）、硅质Si02）、铁质（FeO或Fe203）、泥质等。,（2）沉积岩的结构与构造①沉积岩的结构一般分为碎屑结构、泥质结构、结晶结构及生物结构四种。碎屑结构碎屑物质被胶结物胶结起来的一种结构，是沉积岩所特有的结构。按碎屑颗粒粒径的大小，可分为砾状结构粒径大于2mm，最大可达0.5m，甚至更大；砂状结构粒径介于2～0.05mm之间；粉砂状结构粒径介于0.05～0.005mm之间；泥质结构是粘土矿物组成的结构，矿物颗粒粒径小于0.005mm。是泥岩、页岩等粘土岩的主要结构；结晶结构是化学沉淀的结晶矿物组成的结构。又可分为结晶粒状结构和隐晶质致密结构。结晶结构是石灰岩、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的结构，是生物化学岩所具有的结构。,泥质结构页岩,碎屑结构砾岩,碎屑结构角砾岩,结晶结构（燧石结核）,生物结构（化石）,②沉积岩的构造沉积岩的构造是指其组成部分的空间分布及其相互间的排列关系。沉积岩最主要的构造是层理构造和层面构造。它不仅反映了沉积岩的形成环境，而且是沉积岩区别于岩浆岩和某些变质岩的构造特征。a.层理构造是先后沉积的物质在颗粒大小、形状、颜色和成分上的不同所显示出来的成层现象。层理是沉积岩成层的性质。由于形成层理的条件不同，层理有各种不同的形态类型，按形态层理可分为平行层理、斜层理、波状层理等。b.层面构造在层面上有时还保留有沉积岩形成时的某些特征、如波痕、雨痕及泥裂等，称为层面构造。沉积岩的层理构造、层面构造和化石，是沉积岩在构造上区别于岩浆岩的重要特征。,斜层理,平行层理,波状层理,层理构造,层面构造,（3）沉积岩的分类及常见的沉积岩根据沉积岩物质组成的特点，沉积岩一般分为下面三类碎屑岩类主要由碎屑物质组成的岩石。其中由先成岩石风化破坏产生的碎屑物质形成的，称为沉积碎屑岩，如砾岩、砂岩及粉砂岩等；由火山喷出的碎屑物质形成的，称为火山碎屑岩，如火山角砾岩、凝灰岩等；粘土岩类主要由粘土矿物组成的岩石，如泥岩、页岩等；化学及生物化学岩类主要由方解石、白云石等碳酸盐类的矿物及部分有机物组成的岩石，如石灰岩、白云岩等。,3.变质岩（metamorphicrock）变质岩是岩浆岩、沉积岩甚至是变质岩在地壳中受到高温、高压及化学成分加入的影响，在固体状态下发生矿物成分及结构构造变化后形成的新的岩石。如大理岩是石灰岩变质而成的。各种岩石都可以形成变质岩。由岩浆岩形成的变质岩称为正变质岩，由沉积岩形成的变质岩称为副变质岩。它们不仅在矿物成分、结构、构造上具有变质过程中听产生的特征，而且还常保留着原来岩石的某些特征。,（1）变质岩的矿物成分可以分为两大类共有矿物岩浆岩，也有沉积岩，如石英、长石、云母、角闪石、辉石、方解石、白云石等，它们大多是原岩残留下来，或者是在变质作用中形成的；特有矿物只能是在变质作用中产生而为变质岩所特有的变质矿物，如石榴子石、滑石、绿泥石、蛇纹石等。根据变质岩特有的变质矿物，可把变质岩与其他岩石区别开来。,变余结构重结晶作用不完全，原岩的矿物成分和结构特征一部分被保留下来，即构成变余结构。变晶结构是岩石在变质作用过程中重结晶所形成的结构，它是变质岩中最主要的结构。碎裂结构是岩石在动力变质作用过程中，由于岩石受压应力作用，使矿物发生弯曲、破裂，甚至成碎块或粉末状后，又被粘结在一起的结构。,砂岩中的圆形石英砂粒以点接触，当其受变质作用时，重结晶使石英砂粒融合在一起，并使石英砂粒变大和棱角化。,重结晶作用Recrystallization,（2）变质岩的结构与构造①变质岩的结构,②变质岩的构造原岩经过变质作用后，其中矿物颗粒在排列方式上大多具有定向性，能沿矿物排列方向劈开。常见的变质岩构造有片理构造和块状构造，常见片理构造包括板状构造具这种构造的岩石中矿物颗粒很细小，肉眼不能分辨，但它们具有一组组平行破裂面，沿破裂面易于裂开成光滑平整的薄板。破裂面上可见由绢云母、绿泥石等微晶形成的微弱丝绢光泽；千枚状构造具这种构造的岩石中矿物颗粒很细小，肉眼难以分辨。岩石中的鳞片状矿物呈定向排列，定向方向易于劈开成薄片，具丝绢光泽。断面参差不齐；片状构造重结晶作用明显，片状、板状或柱状矿物定向排列，沿平行面（片理面）很容易剥开呈不规则的薄片，光泽很强；片麻状构造颗粒粗大，片理很不规则，粒状矿物呈条带状分布，少量片状、柱状矿物相间断续平行排列，沿片理面不易裂开；块状构造岩石中结晶的矿物无定向排列，也不能定向劈开。,（3变质岩的分类及常见的变质岩根据变质岩的构造特征，通常把变质岩分为片理状岩类和块状岩类两大类片理状岩类具有板状构造、千枚状构造、片状构造和片麻状构造的变质岩，如片麻岩、片岩、千枚岩、板岩等；块状岩类具有块状构造的变质岩，如大理岩、石英岩、蛇纹岩等。,三、岩石的工程地质性质,1.岩石的主要物理性质（1）岩石的密度与重力密度（2）岩石的空隙率（3）岩石的吸水性岩石的吸水性，反映岩石在一定条件下的吸水能力。一般用吸水率、饱和吸水率和饱水系数来表示。岩石的吸水率，是指岩石在一般大气压条件下的吸水能力。在数值上等于岩石的吸水质量与同体积干燥岩石质量的比，用百分数表示。岩石的饱和吸水率，是指岩石在高压条件下（一般为15MPa压力）或真空条件下的吸水率，用百分数表示。岩石的饱水系数，是岩石的吸水率与饱和吸水率的比值。表征岩石吸水性的三个指标，与岩石空隙弃的大小、孔隙张开程度等因素有关。岩石的吸水率大，则水对岩石颗粒间胶结物的浸湿、软化作用就强，岩石强度受水作用的影响也就越显著。,（4）岩石的软化性岩石浸水后强度降低的性能称为岩石的软化性.岩石的软化性主要决定于岩石的矿物成分、结构和构造特征。表征岩石软化性的指标是软化系数。软化系数是岩石在饱和状态下的极限抗压强度与岩石在干燥状态下的极限抗压强度之比。未受风化作用的岩浆岩和某些变质岩，软化系数大都接近于1.0，是弱软化的岩石，其抗水、抗风化和抗冻性强；软化系数小于0.75的岩石，认为是软化性强的岩石，工程性质比较差。,（5）岩石的软化性岩石浸水后强度降低的性能称为岩石的软化性.岩石的软化性主要决定于岩石的矿物成分、结构和构造特征。表征岩石软化性的指标是软化系数。软化系数是岩石在饱和状态下的极限抗压强度与岩石在干燥状态下的极限抗压强度之比。未受风化作用的岩浆岩和某些变质岩，软化系数大都接近于1.0，是弱软化的岩石，其抗水、抗风化和抗冻性强；软化系数小于0.75的岩石，认为是软化性强的岩石，工程性质比较差。,（6）岩石的容水性岩土能容纳一定水量的性能，在数量上用容水度表示。容水度等于岩土中所能容纳水的体积与岩土体积之比。在数值上等于岩土的孔隙率、裂隙率或岩溶率，但也存在例外的情况，如岩土空隙不连通或因空隙在充滞液态水时无法排气而使这些空隙不能容纳水，这时它小于空隙率，对于膨胀土，会出现这种情况。,（7）岩石的持水性在重力作用下，岩石依靠分子引力和毛细力在其空隙中能保持一定水量的性能，在数量上以持水度表示，即为在重力作用下岩土空隙中所能保持的水量与岩土总体积之比，又可以分为毛细持水度毛细管孔隙被水充满时岩石所保持的水量与岩石总体积之比。分子持水度岩石所能保持的最大结合水量与岩石总体积之比。,（8）岩石的给水性各种岩土饱水后在重力作用下能流出一定水量的性能。在数量上以给水度表示，即饱水岩土为在重力作用下流出水的体积与岩土总体积之比。给水度的最大值等于容水度减去持水度。,2.岩石的主要力学性质岩石在外力作用下所表现出来的性质称为岩石的力学性质，它包括岩石的变形和强度特性、研究岩石的力学性质主要是研究岩石的变形特性、岩石的破坏方式和岩石的强度大小。（1）岩石的变形特性（2）岩石的强度,