第2-1章 岩石.ppt

第2章岩石的成因类型及其工程地质特征,第2章岩石的成因类型及其工程地质特征,主要内容主要介绍地球的层圈构造、引起地壳面貌发生演变的地质作用、地质年代以及构成地壳的矿物、岩土的特征等方面的知识。,2.0地壳,地球不是一个完全的圆球体，赤道半径（6378.4km）比两极半径（6356.9km）要大。固体地球内部也是分层的，由地壳、地幔、地核组成。,（1）地壳地球的固体外壳，由各种岩石组成。地球表面高低不平，大陆地壳陆壳厚度大，平均约35km，高山区可达70～80km，大洋底部的大洋地壳洋壳厚度较小，平均7～8km。,（2）地幔地壳以下至大约2900km深处为地幔，由富含Fe、Mg的硅酸盐物质组成，地幔上层主要是硅氧，亦称橄榄层；地幔下层主要是金属氧化物和硫化物组成。,（3）地核地幔以下直到地心的部分称为地核由含Fe、Ni的物质组成，地核由液态外核和固态内核组成，又称铁镍核心。对地球内部的认识主要来自对地震弹性波的研究。,2.1主要造岩矿物,岩石是地壳的基本组成物质，是内、外动力地质作用的产物。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，进而对岩石的工程地质性质进行评价，就必须先从矿物讲起。,2.1.1矿物的基本概念,矿物是天然产出的均匀固体，是各种地质作用的产物，是岩石的基本组成部分。矿物都具有一定的化学成分，并可用化学式来表达，如方解石（CaCO3）和石英（SiO2）。构成岩石的矿物称为造岩矿物。,矿物具有确定的内部结构，即内部的原子或离子是在三维空间成周期性重复排列的，具有这种结构的称为晶体，如石英的六方双锥晶体。,造岩矿物绝大部分都是晶体，具有各自特定的晶体结构，当生长条件合适时，同种矿物的单个晶体往往都有自己常见的形态，称晶体习性，如针状、柱状、粒状、板状、片状等习性；由于生长空间的局限，矿物晶体往往挤在一起成集合体产出。同种矿物具有相同的晶体习性，其集合体也常具特征形态，如粒状集合体、针状集合体、鳞片状集合体等，有时表现出特殊的集合体形态，如放射柱状、钟乳状及晶腺等。,2.1.2矿物的物理性质,矿物的物理性质，决定于矿物的化学成分和内部构造。矿物的化学成分或内部构造不同，其物理性质也就不同。故矿物的物理性质是鉴别矿物的重要依据。矿物的物理性质多种多样，可以观察或测定的矿物的物理性质包括颜色与条痕、光泽、硬度、解理与断口、密度、及弹性、挠曲与延展性。,1．颜色、条痕,矿物的颜色，是矿物对可见光波的吸收作用产生的。按成色原因，分为自色、他色、假色三种。,（1）自色矿物本身的固有颜色，如黄金的金黄色、黄铜矿的赤黄色、孔雀石的翠绿色等。,（2）他色矿物混入某些杂质所引起的颜色，与矿物的本身性质无关，如纯净的石英是无色透明的，但含锰就呈紫色即紫水晶，含氧化铁则呈玫瑰色（即玫瑰石英）；他色不固定，对鉴定矿物没有很大意义。,（3）假色由矿物内部的裂隙或表面的氧化薄膜对光的折射、散射所引起的颜色，如方解石解理面上常出现虹彩、斑铜矿表面常出现斑驳的蓝色和紫色。,（4）条痕是矿物粉末的颜色，通常将矿物在无釉瓷板上刻画后进行观察，它对于某些金属矿物具有重要鉴定意义，例如，赤铁矿可呈赤红、铁黑或钢灰等色，而其条痕则恒为樱红色；金的条痕为金黄色，而黄铜矿的条痕为绿黑色。,2．光泽,光泽是矿物表面对可见光的反射能力，也就是矿物表面呈现的光亮程度。通常根据反射能力自强而弱分为金属光泽、半金属光泽和非金属光泽。造岩矿物绝大部分属于非金属光泽。由于矿物表面的性质或矿物集合体的集合方式不同，又会反映出各种不同特征的光泽。,（1）金属光泽反射很强，类似镀铬的金属平滑表面的反光，如方铅矿、黄铁矿光泽。（2）半金属光泽反射强，如同一般金属的反光，如磁铁矿的光泽。（3）金刚光泽反射较强，如同金刚石的反光。（4）玻璃光泽反光如镜，如长石、方解石解理面上呈现的光泽。（5）珍珠光泽光线在解理面间发生多次折射和内反射，在解理面上所呈现的像珍珠一样的光泽，如云母等。,（6）丝绢光泽纤维状或细鳞片状矿物，由于光的反射互相干扰，形成丝绢般的光泽，如纤维石膏和绢云母等。（7）油脂光泽矿物表面不平，致使光线散射，如石英断口上呈现的光泽。（8）蜡状光泽像石蜡表面呈现的光泽。如蛇纹石、滑石等致密块体矿物表面的光泽。（9）土状光泽矿物表面暗淡如土，如高岭石等松细粒块体矿物表面所呈现的光泽。,3．硬度,硬度是矿物抵抗外力机械作用的强度，是矿物的一个重要鉴定特征。在鉴别矿物的硬度时，是用两种矿物对刻的方法来确定矿物的相对硬度，通常采用摩氏硬度，即以选定的十种矿物为标准，最软的是一度，最硬的是十度。,l-滑石；2-石膏；3-方解石；4-萤石；5-磷灰石；6-正长石；7-石英；8-黄玉；9-刚玉；10-金刚石,测定某矿物的硬度，只须将待定矿物同硬度计中的标准矿物相互刻画，进行比较。,4．解理、断口,解理指矿物受打击后，能沿一定方向裂开成光滑平面的性质，裂开的光滑平面称为解理面，解理通常平行于晶体结构中相邻质点间联结力弱的方向发生。,断口指不具方向性的不规则破裂面，断口的形态特征有贝壳状断口、参差状断口、锯齿状断口和平坦状断口等。,根据解理的完全程度，可将解理分为以下几种,（1）极完全解理极易裂开成薄片，解理面大而完整，平滑光亮，如云母。（2）完全解理常沿解理方向开裂成小块，解理面平整光亮，如方解石。,（3）中等解理既有解理面，又有断口，如正长石。（4）不完全解理常出现断口，解理面很难出现，如磷灰石。矿物解理的完全程度和断口是互相消长的，解理完全时则不显断口。反之，解理不完全或无解理时，则断口显著，如不具解理的石英，则只呈现贝壳状的断口。,正长石,2.1.3常见的主要造岩矿物,自然界产出的矿物，已知有3000种左右。对于形成岩石具有普遍意义的矿物，即主要造岩矿物则不过数十种。主要造岩矿物常见矿物，就其化学成分而言，绝大多数为硅酸盐，其余为氧化物、硫化物、卤化物、碳酸盐和硫酸盐等。,黄铁矿FeS2，大多呈块状集合体，有些发育成立方体单晶，立方体的晶面上常有平行的细密纹；颜色为浅铜黄色，条痕为绿黑色；硬度66.5；性脆，断口参差状；相对密度5。黄铁矿是制取硫酸的主要原料。,石英Si02，常发育成单晶并形成晶簇，或成致密状或粒状集合体；纯净的石英无色透明，称水晶；石英晶面为玻璃光泽，断口为油脂光泽；硬度7；无解理，贝壳状断口；相对密度2.65。石英用途很广，可用制光学器皿，精密仪器的轴承，钟表的“钻石”等。,紫水晶（含锰）,赤铁矿Fe2O3，常为致密块状及土状集合体；铁黑色或暗红色，条痕呈樱红色；金属、半金属到土状光泽，不透明；硬度56；无解理；相对密度4.05.3。赤铁矿为最重要的铁矿石之一。赤铁矿粉可用作红色涂料和制红色铅笔。,褐铁矿多种成分的混合物，主要成分是针铁矿[FeOOH]，并含有泥质及二氧化硅等；褐至黄褐色，条痕黄褐色；常呈土块状、葡萄状；硬度不一。褐铁矿为一种炼铁矿石，也可以用做褐色颜料。,方解石CaCO3，常发育成单晶或晶簇；粒状、块状、纤维状或钟乳状集合体；纯净的方解石无色透明，因杂质渗入而常呈白、灰、黄、浅红、绿、蓝等色；玻璃光泽；硬度3；完全解理；相对密度2.72；遇冷稀盐酸强烈起泡。方解石主要是由CaCO3溶液沉淀或生物遗体沉积而成，为石灰岩的重要造岩矿物。,白云石CaCO3MgCO3，单晶为菱面体，通常为块状或粒状集合体；一般为白色，因含Fe常呈褐色；玻璃光泽；硬度3.54；解理完全；相对密度2.853.1，随含铁量增高而增大。白云石是白云岩的主要造岩矿物，可用作优质耐火材料（用于钢铁及冶金方面）。,石膏CaSO42H2O，单晶体常为板状，集合体为块状、粒状及纤维状等；为无色或白色，有时透明；玻璃光泽，纤维状石膏为丝绢光泽；硬度2；有极好解理，易沿解理面劈开成薄片；薄片具挠性；相对密度2.302.37。加热失水变为熟石膏，可用于水泥、模型、医药、光学仪器等方面。,橄榄石MgFe2SiO4，常为粒状集合体；浅黄绿到橄榄绿色，随含铁量增高而加深；玻璃光泽；硬度67；不完全解理；相对密度为3.24.4，随含铁量增高而增大。,辉石Ca，Mg，Fe，Al2[Si，Al2O6]，单晶体为短柱状，集合体为粒状；绿黑色或黑色；玻璃光泽；硬度5.56；有平行柱面的两组解理，其交角为87；相对密度3.22.4。,角闪石Ca，Na23Mg，Fe，Al5[Si6Si,A12O22]OH，F2，单晶体为长柱状，常见针状；绿黑色或黑色；玻璃光泽；硬度56；有平行柱面两组解理，交角为124；相对密度3.02～3.45，随含铁量增高而增大。,斜长石NaAlSi3O8与CaAl2Si2O8斜长石是由钠长石和钙长石所组成的类质同像混合物，单晶体为板状或板条状；常为白色或灰白色；玻璃光泽；硬度66.52；两组中等解理，近于正交；相对密度2.61～2.75；按钠长石代号Ab含量组成不同类型的斜长石Ab含量为050时，称基性斜长石；Ab为5070时，称中性斜长石；Ab为7090时，称奥（更）长石；Ab为90100，称钠长石；更长石与钠长石常统称为酸性斜长石。斜长石中钠长石是陶瓷和玻璃工业的原料。,正长石KA1Si3O8，又名钾长石，有两组解理直交（正长石因此得名）。单晶体常为柱状或板柱状；常为肉红色，有时具有较浅的色调；玻璃光泽；硬度6；有两组相互正交的解理；相对密度2.542.57；正长石与钾微斜长石、透长石等一起构成钾长石的不同变种。,白云母KAl2[[AISi3O10]OH2，单晶体为短柱状及板状，横切面常为六边形；集合体为鳞片状，其中晶体细微者称绢云母；有平行片状方向的极完全解理；薄片为无色透明；具珍珠光泽；硬度2.53；薄片有弹性；相对密度2.772.88。,黑云母KMgFe3A1Si3O10OH2，棕褐色或黑色；相对密度2.73.3；其形态及其它光学及力学性质同白云母。云母是重要的造岩矿物，分布广泛，占地壳重量的3.8％。白云母和金云母为电器、电子等工业部门的重要绝缘材料。,绿泥石Mg，A1，Fe6[Si，A14O10]OH8，绿泥石与云母极相似，但前者具特有的绿色，有挠性而无弹性。常呈鳞片状集合体；绿色，深浅随含铁量的变化而不同；解理面上为珍珠光泽；有平行片状方向的解理；硬度23；相对密度2.63.3。当外力作用取消后,歪曲了的形变不能恢复原状,则此性质称为挠性。,蛇纹石Mg6[Si4O10]OH8，一般为细鳞片状、显微鳞片状以及致密块状集合体，呈纤维状集合体者称蛇纹石石棉；黄绿色，或深或浅；块状者常具油脂光泽，纤维状者为丝绢光泽；硬度2.53.5；相对密度2.83。,石榴子石Mg3Al2SiO43，常形成等轴状单晶体；集合体成粒状和块状；浅黄白、深褐到黑色，随含铁量增高而加深；玻璃光泽；硬度67.5；无解理；断口油脂光泽，为贝壳状或参差状；相对密度4左右。,滑石Mg3[Si4O10]OH2，单晶体为片状，通常为鳞片状、放射状、纤维状、块状等集合体；无色或白色；解理面为珍珠光泽；硬度1；平行片状方向有一组中等解理；薄片具挠性；相对密度为2.582.55。,高岭石A14[Si4O10]OH2，为主要粘土矿物之一。高岭石及其近似矿物和其他杂质的混合物，通称高岭土。高岭土是陶瓷的主要原料。高岭土即因江西景德镇附近的高岭所产质佳而得名。土状或块状集合体；白色，常因含杂质而呈其它色调；土状者光泽暗淡，块状者具蜡状光泽；硬度2；相对密度2.612.68；具可塑性。,蒙脱石A12Mg3[Si4O10]OH2，土状或显微鳞片状集合体；白色或灰白色因含杂质染有黄、浅玫瑰红、蓝或绿色；土状者光泽暗淡；硬度12；相对密度23；具可塑性，遇水剧烈膨胀。,