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综合地质学教研室：地质工程教研室任课教师：李媛媛岩石学岩石：自然（由地质作用）形成的，由一种或多种矿物或由其他岩石碎屑所组成的集合体。例如：石灰岩是由方解石组成的集合体；花岗岩是由石英、长石、云母等多种矿物组成的集合体；砾岩是由岩石碎屑所组成的集合体。石灰岩花岗岩砾岩根据成因分为三类：岩浆岩、沉积岩、变质岩第三章沉积岩第一节沉积岩的形成及特征第二节沉积岩的分类第三节沉积岩的工程地质性质沉积岩（sedimentaryrocks）：是在地球表面常温常压条件下，由风化作用、生物作用和岩浆作用产生的物质经搬运、沉积和成岩等一系列地质作用而形成的岩石。现代沙丘一、沉积岩的概念体积、面积：约占岩石圈体积的5%；陆地面积的大约75%为沉积岩所覆盖厚度：变化很大，0～几十公里，地槽区厚，地台区薄。类型：自然界分布最多的是粘土岩（页岩、泥岩），其次是砂岩和石灰岩，占沉积岩总量的95%以上。产出状态：层状或水平地覆盖于地表或以不同角度倾斜堆叠于地表，但往下延伸的深度一般不大。生命演化、海陆变迁的记录仪是大量沉积矿产的蕴藏地和工程地质工作的主要场所：煤、石油、铁、锰沉积岩的特点二、沉积岩的形成过程剥蚀沉积搬运、分异剥蚀搬运、分异沉积1、沉积物的形成2、沉积物的搬运、分异和沉积3、沉积物的成岩沉积岩的形成母岩风化生物物质火山物质宇宙物质沉积物的来源生物风化作用1、风化作用直接产物•碎屑物质：机械破碎形成的岩石碎屑或矿物碎屑•不溶残余物：化学风化形成的新矿物，包括粘土矿物、氧化物矿物；如：水白云母、高岭石、蒙脱石、蛋白石和铝土矿等。•溶解物质：各类溶于水的离子、胶体；如CI、S、Ca、Mg、K、Na、Si、Fe、Al、P等•石英：主要造岩矿物，风化作用中稳定性极高，它几乎不发生化学溶解作用，一般只发生机械破碎作用。•长石类：稳定性次于石英，•风化稳定性由高到低的顺序是：钾长石→酸性斜长石→中性斜长石→基性斜长石。•云母：白云母抗风化能力较强于黑云母白云母—先变成水白云母—最后变为高岭石黑云母——转变为蛭石、绿泥石、褐铁矿等2、主要矿物在风化过程中的稳定性•橄榄石、辉石、角闪石等镁硅酸盐矿物抗风化能力低，在风化产物中保留较少，沉积岩中少见。•粘土矿物：在风化带中相当稳定，如高岭石、蒙脱石、水云母等。•碳酸盐矿物：稳定性甚小，极易溶于水并顺水转移，如方解石、白云石等。类型：碎屑机械搬运和沉积溶解物化学搬运和沉积碎屑物在流体中的搬运方式悬移、跃移、滚动、推移溶解物化学搬运和沉积A.胶体溶液的搬运和沉积（Al、Fe、Mn、Si等难溶于水的氧化物）B.真溶液的搬运和沉积（主要是Cl、S、Na、K、Mg等）3、沉积物的搬运和沉积作用•沉积分异作用概念：风化产物在搬运过程中，受外界条件影响按照一定次序沉积下来•类型：机械和化学沉积分异作用机械沉积分异作用：搬运介质流动能减小，搬运物按粒度、比重、形状按一定次序沉积近母岩区远母岩区成分：复杂单一重矿物：含量高稳定矿物粒度：砾砂泥4、沉积物的分异作用化学沉积分异作用：由于各元素和化合物溶解度不同出现的沉积先后次序盆地边缘盆地中心氧化物磷酸盐硅酸盐碳酸盐硫酸盐卤化物增大溶解度压实作用：负荷—体积缩小、密度增加、含水量减少；强度受沉积物类型和埋深制约压溶作用：重荷—颗粒溶解—缝合线胶结作用：颗粒沉积物由化学沉淀物胶结，成为坚固岩石重结晶作用：溶解、固体扩散导致矿物颗粒重新排列成岩矿物形成：新矿物出现、沉积物成为岩石5、沉积物在成岩作用中的变化胶结物成分⑴硅质胶结物：岩石多致密坚硬（石英、蛋白石、玉髓）硅质胶结物石英次生加大方解石胶结物硅质胶结物石英次生加大胶结物成分（2）钙质胶结物：方解石（红色）、铁方解石（紫红色）、白云石（无色）亮晶方解石胶结物白云石胶结物胶结物成分（3）铁质胶结物：（氢氧化铁、三氧化二铁）（4）泥质胶结物：（5）硬石膏胶结物高岭石胶结物白云石胶结物硬石膏胶结物胶结类型(1)基底式胶结:填隙物含量较多，碎屑颗粒在其中互不接触而呈漂浮状;(2)孔隙式胶结:碎屑颗粒构成支架状，颗粒之间多呈点状接触，胶结物含量少，只充填在碎屑颗粒之间的孔隙中。胶结类型(3)接触胶结类型:颗粒之间呈点接触或线接触，胶结物含量很少，分布于碎屑颗粒相互接触的地方。(4)镶（压）嵌胶结类型:颗粒之间由点接触发展为线接触、凹凸接触，甚至形成缝合状接触。沉积岩的特征：颜色、成分、结构、构造三、沉积岩特征——颜色•黑色-灰色：富含有机质，指示岩石形成于还原环境门卡墩组（J3m）“斯匹提页岩（SpitiShales）”，黑色页岩生油条件好，为好－很好生油岩•红色、紫红色、褐红色：岩石含Fe3+的氧化物-氢氧化物——强氧化环境西藏白垩系床得组——缺氧富氧事件•颜色转变-指示气候环境变化•沉积岩颜色描述•应以表示主要颜色为主。•在观察颜色时，必须看到新鲜面。•在野外，颜色的描述应逐层进行。颜色描述方法：(1)亮暗程度、浓淡程度：浅灰色、浅红色(2)复合命名：灰白色、灰黑色沉积岩的特征——颜色三、沉积岩的特征——成分•矿物成分•碎屑岩：石英为主，可有长石、白云母等•粘土岩：粘土矿物为主（高岭石、伊利石），可有白云母•化学岩及生物化学岩：方解石、白云石、石膏、岩盐、生物碎屑、有机质沉积岩的特征——结构结构：指组成岩石的矿物或碎屑个体本身的特征，包括：碎屑大小、磨圆度和分选性(即大小均一度)等。•粒度—是指碎屑颗粒的大小•球度—度量一个颗粒近于球体的程度。•圆度—指碎屑颗粒的原始棱角被磨圆的程度一般分为：棱角状、次棱角状、次圆状、圆状•颗粒分选—碎屑颗粒大小的均匀成度•颗粒的表面结构：包括磨光程度及表面蚀痕迹两个方面。（2）碎屑结构——碎屑岩•碎屑结构——碎屑岩•泥状结构——粘土岩•化学结构——化学岩及生物化学岩（1）结构分类•砾状结构——角砾状结构（棱角状）•圆砾状结构（圆状）•砂状结构——粗砂状结构（碎屑直径2-0.5mm）•中砂状结构（碎屑直径0.5-0.25mm）•细砂状结构（碎屑直径0.25-0.1mm）•粉砂状结构——（碎屑直径0.1-0.01mm）砾状结构砂状结构砂状结构粉砂状结构（3）泥状结构——粘土岩（碎屑直径0.01mm）（4）化学结构——化学岩及生物化学岩•结晶粒状结构——显晶化学结构•隐晶化学结构•同生砾状结构——竹叶状结构•鮞状结构•生物化学结构——（指含生物化石）结晶粒状结构同生砾状结构同生砾状结构构造：是指由组成岩石的各种矿物的整体排列方式或分布均匀程度，以及固结的紧密程度等所显示的岩石总体外貌特征。沉积岩的特征——构造1、层理构造：•（1）层理:是通过岩石的成分、结构、构造和颜色在岩层垂直断面上的突变和渐变所显示出来的一种成层构造(2).常见层理构造•水平层理•平行层理•波状层理•交错层理（斜层理）•递变（粒序）层理平行层理斜层理•上部平行层理，下部斜层理粒序层理（递变层理）：一般情况下，下部粗、上部细，称作正粒序层理2、层面构造：•雨痕、冰雹痕泥裂作业2：如何利用沉积岩的原生构造判断岩层顶、底面？3、化石与结核：•化石:生物遗体或遗迹被后期化学成分置换石化•结核:成岩时，某些胶体聚集而成菊石化石1.沉积岩的概念2.风化作用直接产物3.主要造岩矿物在风化过程中的稳定性4.胶结物的成分和胶结类型5.沉积岩的三大特征：岩石中的颗粒总被胶结物胶结；层理构造；生物化石小结第二节沉积岩的分类•以沉积作用方式和岩石成分为依据碎屑岩类：主要由母岩物理风化及火山喷发产生的碎屑物质，经机械沉积而成。粘土岩类：主要由母岩化学风化产生的粘土经机械沉积而成，少部分可能是化学沉积的。化学岩类：主要由母岩化学风化形成的溶液经化学或生物化学作用沉积而成。沉积岩的分类方法陆源碎屑岩碳酸盐岩•砾岩类——砾状结构（碎屑直径2mm）•角砾状结构（角砾岩）•圆砾状结构（砾岩）•砂岩类——砂状结构（碎屑直径2-0.1mm）•粗砂状结构——粗砂岩•中砂状结构——中砂岩•细砂状结构——细砂岩•粉砂岩类——粉砂状结构（碎屑直径0.1-0.01mm）•粉砂岩碎屑岩类（某一粒级颗粒含量大于50%）：砾岩类砂岩类泥状结构（碎屑直径0.01mm）——泥岩（水平层理或块状构造）页岩（页理构造）粘土岩类：页岩（页理构造）泥岩（块状构造）•结晶粒状结构——显晶化学结构（白云岩）•隐晶化学结构（石灰岩、泥灰岩）•同生砾状结构——竹叶状结构（竹叶状灰岩）•鮞状结构（鮞状灰岩）•生物化学结构——（生物碎屑灰岩）化学岩类——化学结构：石林（石灰岩溶蚀地貌）石灰岩溶洞介壳灰岩1.沉积岩的概念2.风化作用直接产物3.主要造岩矿物在风化过程中的稳定性4.胶结物的成分和胶结类型5.沉积岩的三大特征：岩石中的颗粒总被胶结物胶结；层理构造；生物化石小结沉积岩的分类及结构陆源碎屑岩碎屑岩（碎屑结构）砾岩（2mm）砾状结构砂岩（2-1mm）砂状结构粉砂岩（1-0.01mm）粉砂状结构粘土岩泥质岩（0.01mm）泥状结构化学岩碳酸盐岩石灰岩化学结构白云岩第三节沉积岩的工程地质性质岩石的工程地质性质主要表现在：1.力学性质2.水理性质(透水性和抗水性)3.抗风化能力(P29)1.岩石的力学性质：单轴抗压强度(土力学)矿物成分：硬度大的：石英、长石、角闪石、辉石、硬度中等的：方解石、白云石硬度小的：云母、绿泥石、高岭石、滑石《岩土工程勘查规范》GB50021-2001和《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002，按岩石的饱和单轴极限抗压强度把岩石划分为坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩和极软岩。坚硬程度坚硬岩较硬岩较软岩软岩极软岩饱和单轴抗压强度(MPa）6060-3030-1515-55硬质岩石:岩浆岩；沉积岩：硅质、钙质、铁质胶结的碎屑岩，石灰岩；变质岩：片麻岩，大理岩，石英岩。软质岩石:沉积岩：泥质岩，泥质胶结的碎屑岩；变质岩：板岩，千枚岩，片岩。上述软质岩类如果含有硅质成分，强度将显著提高。2.岩石的水理性质:透水性和抗水性(软化性，溶解性)(1)透水性：主要决定于岩石岩体的空隙性。岩体中的缝隙，有原生的和次生的。岩体中的原生缝隙：如岩浆岩（以玄武岩为代表）的气孔构造，某些碎屑沉积岩（如接触式胶结的砂岩）中的孔隙。玄武岩的原生柱状裂隙，沉积岩的原生层间裂隙玄武岩的原生柱状裂隙沉积岩的层间裂隙(2)软化性：岩石浸水后强度会有所降低。岩石的软化性用软化系数描述。岩石的软化系数Kr=饱和单轴抗压强度/干单轴抗压强度软化系数Kr0.75者，属于软化岩石。岩石的软化性，决定于岩石的矿物成分。亲水矿物：粘土矿物（高岭石等）、绿泥石、滑石、云母。易于遇水软化的岩石：泥质岩，泥质胶结的碎屑岩，板岩，千枚岩，片岩，火山凝灰岩。几乎所有的软质岩石都是易于软化的。(3)溶解性：决定于岩石的矿物成分可溶解矿物：岩盐NaCl、KCl、石膏CaSO4·2H2O、方解石。方解石具有微弱的溶解性，但石灰岩是地表分布最广的岩石。在长时间的地质历史中，形成普遍的溶蚀。石灰岩地区的溶隙溶洞，为地下水流动提供通道。另外，在松散覆盖层不厚的情况下，基岩存在Karst溶洞经常导致工程地质和环境地质问题。石林（石灰岩溶蚀地貌）石灰岩溶蚀地貌(MalhamCove,UK)石灰岩溶洞石灰岩溶蚀地貌---象鼻山3.岩石的抗风化能力抗化学风化的能力，主要取决于其成分。造岩矿物在地表风化条件下的化学稳定性相对稳定性造岩矿物很稳定的石英较稳定的1白云母、正长石、酸性斜长石较稳定的2白云石(弱溶解性)较稳定的3粘土矿物(不易分解，但易软化)不太稳定的方解石（易被溶蚀）很不稳定的角闪石、辉石、黑云母、橄榄石、基性斜长石(易被分解)3.岩石的抗风化能力抗化学风化的能力，主要取决于其成分。造岩矿物在地表风化条件下的化学稳定性沉积岩的两种主要成分：石英和粘土矿物。石英的化学稳定性最强；粘土矿物在化学风化的条件下稳定性也较好，但是容易受地下水的作用而软化，易发生物理风化。沉积岩的组成成分，为地表风化产物，大部分具有较好的抗化学风化能力。岩浆岩，大部分为不稳定的