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1、第二章第二章 礦物、礦物、巖石巖石及其工程地質(zhì)特征及其工程地質(zhì)特征2.1 2.1 概述概述礦物是自然產(chǎn)出且內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)（原子、離子）排列有序的均勻固體。巖石巖石（rock）-固態(tài)礦物或礦物的混合物按照一定的方式結(jié)合而成。是構(gòu)成地殼和上地幔的物質(zhì)基礎(chǔ)。巖石按成因分成巖漿巖（火成巖）、沉積巖漿巖（火成巖）、沉積巖巖和變質(zhì)巖變質(zhì)巖三大類。2.2礦物n礦物是自然產(chǎn)出且內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)（原子、離子）排列有序的均勻固體。n所謂自然產(chǎn)出是指地球中的礦物都是由地質(zhì)作用形成的。n所謂內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列有序的均勻固體，即晶體礦物的形態(tài)及主要物理性質(zhì)n形態(tài)：礦物千姿百態(tài)，就其單體而言，它們的大小懸殊，有的肉眼或用一般的放大鏡可見（顯

2、晶），有的需藉助顯微鏡或電子顯微鏡辨認(rèn)（隱晶）；有的晶形完好，呈規(guī)則的幾何多面體形態(tài)；有的呈不規(guī)則的顆粒，存在于巖石或土壤之中。礦物單體形態(tài)大體上可分為三向等長（如粒狀）、二向延展（如板狀片狀）和一向伸長（如柱狀針狀纖維狀）3種類型。礦物的形態(tài)n長期以來，人們根據(jù)物理性質(zhì)來識別礦物，如顏色光澤硬度解理比重和磁性等都是礦物肉眼鑒定的重要標(biāo)志。n顏色：礦物的顏色多種多樣。呈色的原因，一類是白色光通過礦物時(shí)，內(nèi)部發(fā)生電子躍遷過程而引起對不同色光的選擇性吸收所致；另一類則是物理光學(xué)過程所致。不 同 顏 色 的 綠 柱 石不同顏色的水晶n條痕：指礦物在白色無釉的瓷板上劃擦?xí)r所留下的粉末痕跡。條痕色可消除

3、假色，減弱他色，通常用于礦物鑒定。n光澤：指礦物表面反射可見光的能力n透明度：指礦物透過可見光的程度。n斷口解理與裂理：礦物在外力作用如敲打下，沿任意方向產(chǎn)生的各種斷面稱為斷口。在外力作用下，礦物晶體沿著一定的結(jié)晶學(xué)平面破裂的固有特性稱為解理。裂理也稱裂開，是礦物晶體在外力作用下，沿一定的結(jié)晶學(xué)平面破裂的非固有性質(zhì)n硬度：是指礦物抵抗外力作用（如刻劃壓入研磨)）的機(jī)械強(qiáng)度n比重：指礦物與同體積水在4時(shí)重量之比n四性：彈性、撓性、脆性、延性n磁性：根據(jù)礦物在被外磁場所磁化時(shí)表現(xiàn)的性質(zhì)也不相同，可分為抗磁性（如石鹽）順磁性（如黑云母）反鐵磁性（如赤鐵礦）鐵磁性（如自然鐵）和亞鐵磁性（如磁鐵礦）n發(fā)

4、光性:一些礦物受外來能量激發(fā)能發(fā)出可見光。加熱摩擦以及陰極射線紫外線X 射線的照射都是激發(fā)礦物發(fā)光的因素。激發(fā)停止，發(fā)光即停止的稱為螢光；激發(fā)停止發(fā)光仍可持續(xù)一段時(shí)間的稱為燐光。礦物發(fā)光性可用于礦物鑒定找礦和選礦。常見的造巖礦物n構(gòu)成巖石主要成分的礦物，稱造巖礦物。自然界中的礦物種類極多，但造巖礦物種類卻少，僅有二、三十種。其中最重要的有七種造巖礦物：正長石、斜長石（二者又統(tǒng)稱長石類礦物）、石英、角閃石類礦物（主要是普通角閃石）、輝石類礦物（主要是普通輝石）、橄欖石、方解石。斜長石鉀鹽正長石鈣長石石英當(dāng)當(dāng)二氧化硅二氧化硅結(jié)晶完美時(shí)就是水晶；結(jié)晶結(jié)晶完美時(shí)就是水晶；結(jié)晶不完美的就是石英：二氧化硅

5、膠化脫水不完美的就是石英：二氧化硅膠化脫水后就是后就是瑪瑙瑪瑙；二氧化硅含水的膠體凝固；二氧化硅含水的膠體凝固后就成為后就成為蛋白石蛋白石；二氧化硅晶粒小于幾；二氧化硅晶粒小于幾微米時(shí)，就組成微米時(shí)，就組成玉髓玉髓、燧石燧石、次生石英次生石英巖巖。普通角閃石普通輝石橄欖石方解石2.3 巖石巖漿與巖漿巖n巖漿主要由硅酸巖和一些揮發(fā)份組成。SiO2是硅酸鹽的主要成分，它與Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O、K2O等其他氧化物結(jié)合，組成各種不同的硅酸鹽礦物。其中，SiO2的含量是劃分巖漿巖大類的主要因素。SiO2含量高，酸性程度也隨之升高。巖漿巖漿冷卻后的痕跡2.3.1巖漿巖巖

6、漿巖巖漿巖巖漿巖家族的劃分n第一種分類方法：把巖漿巖按酸度分成四大類，然后再按堿度把每大類巖石分出幾個(gè)巖類n第二種分類方法：根據(jù)產(chǎn)狀，也就是根據(jù)巖石侵入到地下還是噴出到地表，巖漿巖又可以分為侵入巖和噴出巖。一般按巖石中 SiO2的含量將其分為：酸性、中性、基性、超基性巖漿巖酸性巖漿巖，SiO2大于65，淺色礦物為主；中性巖漿巖，SiO2=5265，一般淺色礦物稍多于暗色礦物，或大致相等；基性巖漿巖，SiO2=4552，一般暗色礦物與淺色礦物大致相等或前者稍多；超基性巖漿巖，SiO2小于45，一般無淺色礦物或極少，主要由暗色礦物組成。少數(shù)巖石鉀、鈉含量特高，稱堿性巖按照巖漿巖的產(chǎn)狀劃分：噴出巖噴

7、出巖extrusive rock-巖漿噴出地表后冷凝形成的巖石侵入巖侵入巖intrusive rocks-未噴出地表，在地下深處冷凝固結(jié)的巖石巖漿巖的基本特怔n巖漿巖是由巖漿直接冷凝形成的巖石，因此，具有反映巖漿冷凝環(huán)境和形成過程所留下的特征和痕跡，與沉積巖和變質(zhì)巖有明顯的區(qū)別。巖漿巖的基本特怔n大部分巖漿巖都是塊狀結(jié)晶的巖石，只有少數(shù)急速冷卻形成的玻璃質(zhì)巖石，如黑耀巖，外貌象瀝青，就是完全由玻璃質(zhì)組成的，這種玻璃質(zhì)巖石一般只形成在巖漿巖中。n 巖漿巖中有一些自己特有的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征，比如：氣孔狀構(gòu)造、杏仁狀構(gòu)造、流紋構(gòu)造、繩狀構(gòu)造、枕狀構(gòu)造，這些特殊的構(gòu)造只存在于巖漿巖中。巖漿巖的基本特怔n

8、巖漿巖中除了具有特有的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造之外，還有一些特有的礦物，如霞石、白榴石等只有在偏堿性的巖漿巖中才能見到。n巖漿巖不論侵入到地下，還是噴出到地表，它們和周圍的巖石之間都有明顯的界限。包括整合侵入和不整合侵入。n圍巖的碎塊常被帶到巖漿中，成為巖漿的捕虜體。但是生物化石和生物活動(dòng)遺跡在巖漿巖中是不存在的。火山災(zāi)害火山災(zāi)害n火山災(zāi)害有兩大類，一類是由于火山噴發(fā)本身造成直接災(zāi)害，另一類是由于火山噴發(fā)而引起的間接災(zāi)害，實(shí)際上，在火山噴發(fā)時(shí)，這兩類災(zāi)害常常是兼而有之。火山災(zāi)害n火山碎屑流災(zāi)害n火山熔巖流災(zāi)害n火山碎屑和火山灰災(zāi)n火山引發(fā)泥石流災(zāi)害n火山噴氣災(zāi)害2.3.2沉積巖n沉積巖是指成層堆積的松散沉積

9、物固結(jié)而成的巖石。曾稱水成巖。是組成地殼的三大巖類(火成巖、沉積巖和變質(zhì)巖)之一。n在陸地上出露的面積約占75%，火成巖和變質(zhì)巖只有25%。但是在地殼中沉積巖的體積只占5%左右，其余兩類巖石約占95%。n沉積巖種類很多，其中最常見的是頁巖、砂巖和石灰?guī)r，它們占沉積巖總數(shù)的95%。沉積巖沉積巖的礦物成分n沉積巖中已發(fā)現(xiàn)的礦物達(dá)160種以上，但常見的只有20余種。沉積巖對巖漿巖的礦物成分而言，既存在著繼承性，又有差異性（表1）。n（1）橄欖石、普通輝石和普通角閃石等暗色鐵鎂礦物，在巖漿巖中大量存在，但在沉積巖中含量極少。n（2）石英、鉀長石、酸性斜長石和白云母等淺色礦物在巖漿巖和沉積巖中均廣泛存在

10、。n（3）在沉積作用過程中新生成的自生礦物，如某些氧化物和氫氧化物、粘土礦物、鹽類礦物、碳酸鹽礦物，它們是沉積巖的主要礦物成分，但在巖漿巖中極少或缺乏。沉積巖結(jié)構(gòu)沉積巖的結(jié)構(gòu)是指構(gòu)成沉積巖顆粒的性質(zhì)、大小、形態(tài)及相互關(guān)系。沉積巖的主要結(jié)構(gòu)類型有：碎屑結(jié)構(gòu)、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、粒屑結(jié)構(gòu)、晶粒結(jié)構(gòu)、生物骨架結(jié)構(gòu)和火山碎屑結(jié)構(gòu)。沉積巖的構(gòu)造n沉積巖的構(gòu)造是指沉積物沉積時(shí)或沉積后，由于物理、化學(xué)和生物作用形成，顯示巖石各組成部分分布和排列方式的各種宏觀特征。固結(jié)成巖前形成的構(gòu)造為原生構(gòu)造，固結(jié)成巖之后形成的構(gòu)造為次生構(gòu)造（一）層理構(gòu)造n層理由沉積物的成分、結(jié)構(gòu)、顏色、層的厚度以及形態(tài)沿垂向上的變化而顯示出來。層

11、理構(gòu)造是沉積巖中最重要的一種構(gòu)造。美國猶他州拱門國家公園，拱門，粗砂巖的平行層理山東山旺硅藻土頁巖中的水平層理東昆侖湖相沉積物的水平層理砂巖中板狀交錯(cuò)層四川威遠(yuǎn)三疊系砂礫巖大型板狀交錯(cuò)層楔狀交錯(cuò)層槽狀交錯(cuò)層波狀交錯(cuò)層 1板狀交錯(cuò)層；2楔狀交錯(cuò)層；3，4，槽狀交錯(cuò)層；5波狀交錯(cuò)層；小箭頭指向上層面，大箭頭表示水流流向粒序?qū)永矶用鏄?gòu)造n層面構(gòu)造包括發(fā)育在沉積巖層頂面和底面的構(gòu)造。波痕波痕浪成雙脊槽模三、暴露成因的構(gòu)造n 1泥裂 未固結(jié)的沉積物露出水面，受暴曬發(fā)生收縮和裂開，形成的裂縫稱泥裂。n2雨痕和冰雹痕 雨滴或冰雹落在濕潤而松軟的泥質(zhì)或砂質(zhì)沉積物表面所形成的圓形或橢圓形凹坑。泥裂雨痕四、化

12、學(xué)成因的構(gòu)造 n鳥眼構(gòu)造 是灰?guī)r或白云巖中，一種形似鳥眼的空洞，其長軸平行層面排列，空洞內(nèi)充填有清亮、結(jié)晶好的方解石或石膏n結(jié)核 結(jié)核是一種成分、顏色、結(jié)構(gòu)等方面與圍巖有顯著區(qū)別的自生礦物集合體。n縫合線 這是在垂直或大體垂直層面的斷面上表現(xiàn)出來的一種波曲形的線狀細(xì)縫，它實(shí)際是發(fā)育在三度空間中的某個(gè)呈復(fù)雜曲面狀展布的狹窄縫隙與巖層斷面的交線鳥眼構(gòu)造北戴河亮甲山燧石結(jié)核灰?guī)r鄂西峽口,燧石結(jié)核鄂西鈣質(zhì)結(jié)核鄂西鐵質(zhì)結(jié)核縫合線五、生物成因構(gòu)造n 疊層石構(gòu)造n 痕跡構(gòu)造疊層石痕跡構(gòu)造沉積巖的物質(zhì)成分、顏色沉積巖的物質(zhì)成分、顏色物質(zhì)成分：礦物、巖屑、化學(xué)沉淀物、有機(jī)質(zhì)和膠結(jié)物。顏 色：決定于沉積顆粒成分，

13、膠結(jié)物成分，沉積環(huán)境。沉積巖的分類2.3.3變質(zhì)巖n變質(zhì)巖是指受到地球內(nèi)部力量改造而成的新型巖石。這些力量包括溫度、壓力、應(yīng)力的變化、化學(xué)成分。固態(tài)的巖石在地球內(nèi)部的壓力和溫度作用下，發(fā)生物質(zhì)成分的遷移和重結(jié)晶，形成新的礦物組合。變質(zhì)巖n一般變質(zhì)巖分為兩大類，一類是變質(zhì)作用作用于巖漿巖（火成巖），形成的變質(zhì)巖成為正變質(zhì)巖；另一類是作用于沉積巖，生成的變質(zhì)巖為副變質(zhì)巖。n在變質(zhì)作用中，由于溫度、壓力、應(yīng)力和具有化學(xué)活動(dòng)性流體的影響,在基本保持固態(tài)條件下,原巖的化學(xué)成分、成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造發(fā)生不同程度的變化。變質(zhì)巖的主要特征是這類巖石大多數(shù)具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)、定向構(gòu)造(如片理、片麻理等)和由變質(zhì)作用形成的特

14、征變質(zhì)礦物如硬柱石等。變質(zhì)巖形成示意圖變質(zhì)巖中的片理結(jié)構(gòu)變質(zhì)巖的化學(xué)成分n變質(zhì)巖的化學(xué)成分與原巖的化學(xué)成分有密切關(guān)系，同時(shí)與變質(zhì)作用的特點(diǎn)有關(guān)。n在變質(zhì)巖的形成過程中，如無交代作用（變質(zhì)過程中，巖石與周圍物質(zhì)（巖漿或其它巖石）發(fā)生物質(zhì)交換。）,除H2O和CO2外，變質(zhì)巖的化學(xué)成分基本取決于原巖的化學(xué)成分;如有交代作用,則既決定于原巖的化學(xué)成，也決定于交代作用的類型和強(qiáng)度。n變質(zhì)巖的化學(xué)成分變化范圍往往較大。例如,在巖漿巖（超基性巖-酸性巖）形成的變質(zhì)巖中，SiO2含量多為3578；在（石英砂巖、硅質(zhì)巖）形成的變質(zhì)巖中，SiO2含量可大于80；而原巖為純石灰?guī)r時(shí)，則可降低至零變質(zhì)巖的礦物成分n變

15、質(zhì)巖除含有角閃石、碳酸鹽類等主要造巖礦物外，與巖漿巖和沉積巖相比，變質(zhì)巖中常出現(xiàn)鋁的（紅柱石、藍(lán)晶石、）；不含鐵的鎂硅酸鹽礦物；復(fù)雜的鈣鎂鐵錳鋁的硅酸鹽礦物；鐵鎂鋁的鋁硅酸鹽礦物(堇青石、十字石等)；純鈣的硅酸鹽礦物等；以及主要造巖礦物中的某些特殊礦物（藍(lán)閃石、綠輝石、硬玉、硬柱石等）。這是變質(zhì)巖礦物成分的主要特點(diǎn)變質(zhì)巖的礦物成分n變質(zhì)巖的礦物成分，決定于原巖成分和變質(zhì)條件。n在變質(zhì)巖中，把具有同一原始化學(xué)成分而礦物共生組合不同的所有變質(zhì)巖，稱為等化學(xué)系列；而把在同一變質(zhì)條件下形成的具有不同礦物共生組合的所有變質(zhì)巖，稱為等物理系列。變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)構(gòu)造n變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)是指變質(zhì)巖中礦物的粒度、形態(tài)及晶

16、體之間的相互關(guān)系，而構(gòu)造則指變質(zhì)巖中各種礦物的空間分布和排列方式。n變質(zhì)巖結(jié)構(gòu)按成因可劃分為:變余結(jié)構(gòu)、變晶結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)、變形結(jié)構(gòu)n變質(zhì)巖的構(gòu)造，主要有兩大類型：塊狀構(gòu)造和定向性構(gòu)造。變質(zhì)巖分類n各種變質(zhì)巖的存在條件，幾乎跟它們的變質(zhì)作用的類型有密切關(guān)系，換句話說，如果在野外工作時(shí)，能識別出變質(zhì)作用的類型，那么也就大體上能估計(jì)出其中有哪些具體的變質(zhì)巖的種類了。變質(zhì)巖分類n接觸變質(zhì)作用n動(dòng)力變質(zhì)作用 n區(qū)域變質(zhì)作用n混合巖化作用常見變質(zhì)巖-板巖常見變質(zhì)巖-千枚巖常見變質(zhì)巖-片巖常見變質(zhì)巖-片麻巖常見變質(zhì)巖-角閃巖常見變質(zhì)巖-麻粒巖常見變質(zhì)巖-石英巖常見變質(zhì)巖-大理巖常見變質(zhì)巖-角巖常見變質(zhì)巖-混合巖