工程地质及水文地质学

工程地质及水文地质学研究课题：学院地质调查-----------------学院地质观察在我校的地质观察中最引人注目的是页岩，页岩是一种沉积岩，成分复杂，但都具有薄页状或薄片层状的节理，主要是由黏土沉积经压力和温度形成的岩石，但其中混杂有石英、长石的碎屑以及其他化学物质。1矿石简介页岩（Shale）是一种沉积岩，成分复杂，但都具有薄页状或薄片层状的节理，主要是由黏土沉积经压力和温度形成的岩石，但其中混杂有石英、长石的碎屑以及其他化学物质，根据其混入物的成分，可分为：钙质页岩、铁质页岩、硅质页岩、炭质页岩、黑色页岩、油母页岩等其中铁质页岩可能成为铁矿石，油母页岩可以提炼石油，黑色页岩可以作为石油的指示地层。页岩形成于静水的环境中，泥沙经过长时间的沉积，所以经常存在于湖泊、河流三角洲地带，在海洋大陆架中也有页岩的形成，页岩中也经常包含有古代动植物的化石。有时也有动物的足迹化石，甚至古代雨滴的痕迹都可能在页岩中保存下来。但是云南为什么会有这种地质，在很久以前云南是海洋，由于印度洋板块挤压欧亚板块使欧亚板块抬升，最终形成了现在的云贵高原，有了现在的“世界屋脊”青藏高原。由于挤压形成了褶皱，有了高山峡谷。也有了石林。2特点特征由黏土物质硬化形成的微小颗粒易裂碎，很容易分裂成为明显的岩层。粘土岩的一种。成分复杂，除粘土矿物（如高岭石、蒙脱石、水云母、拜来石等）外，还含有许多碎屑矿物（如石英、长石、云母等）和自生矿物（如铁、铝、锰的氧化物与氢氧化物等）。具页状或薄片状层理。用硬物击打易裂成碎片。是由粘土物质经压实作用、脱水作用、重结晶作用后形成。由极细的粘土、泥质，经过紧压固结、脱水、重结晶后形成的，具有薄页状层理构造的粘土岩，称为页岩。（页理是鳞片状的粘土矿物在压紧过程中，平行排列而成的）页岩致密，硬度低，表面光泽暗淡。含有机质的呈灰黑、黑色。含铁的呈褐红、棕红等色，还有黄色、绿色等多种颜色。页岩抗风化力弱，在地形上常形成低山低谷。页岩不透水，往往成为不透水层或隔水层。○1物理性能页岩的硬度一般为普氏硬度系数1.5~3，结构比较致密的，其普氏硬度系数可以达到4~5，有的硬质页岩的硬度更高。页岩的颗粒组成与它的自然颗粒级和成岩原因有关，颗粒组成变化的波动幅度较大，从而影响页岩的其他性能。根据形成岩石时沉积情况的不同，页岩的塑性指数范围在5~23，有的页岩的塑性指数甚至超出了这一范围。故有的页岩实际上是不能作为烧结砖的原料的。页岩原料的干燥敏感性的高低，表现为多种多样的形式。通常用干燥敏感性系数来衡量，它的范围一般在0.4-1.6之间，对于有些塑性非常高的页岩来说，它的干燥敏感性系数可能更高。页岩的干燥线收缩率，根据其种类不同也有很大的变化，其变化范围在2.5%-10%。○2化学性能不同的页岩，其化学成分指标也是不一样的，自然界存在的页岩，其化学成分含量变化也是比较大的。一般情况下，页岩的Si02，含量在45%~80%之间波动，Al2O3量在12%-25%之间波动，Fe2O3含量在2%-10%之间波动，CaO含量在0.2%-12%之间波动，MgO含量在0.1%-5%之间波动。3常见类型①黑色页岩。含较多的有机质与细分散状的硫化铁，有机质含量达3—10%，外观与碳质页岩相似，其别在于黑色页岩不染手。②碳质页岩。含有大量已碳化的有机质，常见于煤系地层的顶底板。碳质页岩③油页岩。含一定数量干酪根（10%），黑棕色，浅黄褐色等，层理发育，燃烧有沥青味。④硅质页岩。含有较多的玉髓、蛋白石等，SiO2含量在85%以上。⑤铁质页岩。含少量铁的氧化物、氢氧化物等。多呈红色或灰绿色。在红层和煤系地层中较常见。⑥钙质页岩。含CaCO3，但不超过25%，否则过渡泥灰岩类。[2]此外，还有混入一定砂质成分者，称为砂质页岩。页岩抵抗风化的能力弱，在地形上往往因侵蚀形成低山、谷地。页岩不透水，在地下水分布中往往成为隔水层。由页岩组成的河岸铁质页岩含少量铁的氧化物、氢氧化物等。多呈红色或灰绿色。在红层和煤系地层中较常见。在学校博雅楼后有这样的页岩主要是呈红色和黑色。含有较多的玉髓、蛋白石等，SiO2含量在85%以上。了解了我校的页岩情况现在来了解页岩的利用（一）发展现状生产企业情况目前，中国绥棱开发页岩陶粒企业有2个，一个是中国绥棱县鑫秀公司投资建设；另一个是哈市龙电花园宾馆投资建设，这两个项目全部建成投产后，陶粒页岩开发能力达到30万立方米，年生产混凝土陶粒砌块30万立方米，项目总投资达到4350万元。1、中国绥棱县鑫秀公司年产20万立方米陶粒页岩开发项目。项目投资2700万元建设，上陶粒生产设备4套，砼砌块生产设备2套，采矿设备1套，项目全部建成后，年生产陶粒20万立方米，陶粒混凝土制品20万立方米。年实现销售收入6000万元，利润720万元，税金360万元。2、中国哈市龙电花园宾馆10万立方米页岩开发项目。项目投资总额为1650万元，其中固定资产投资1150万元，流动资金为500万元，企业占地32000平方米，土建2820平方米，上陶粒煅烧生产线两条。产品特性及其制作工艺绥棱页岩项目主要用以生产建筑用陶粒，所获产品为300-500级（即：容重为：300公斤/立方米—500公斤/立方米）的超轻保温陶粒。其中：300-400级占80%以上。按粒径分为：大粒（20mm以上）；中粒（10mm—20mm）；小粒（5mm—10mm）和陶砂（0.5mm—5mm）。产品质量达到国家标准，是生产轻体保温建筑材料的优质轻集骨架材料。泥质页岩利用页岩陶粒做为轻集骨架料，掺入陶砂、矿渣或煤灰等工业废渣，采用水泥做为胶凝材料，所生产的产品具有体轻、保温、节能等特点。采用该产品做为建筑物墙体材料，可实现建筑节能。据测试，陶粒砌块墙体厚度40cm传热系数相当于1.48m厚度粘土实心砖墙体，节能、保温效果非常显著。陶粒的主要产品1、非承重多孔保温砌块（轻集料混泥土小型空心砌块）。按设计要求生产，可做为框架结构设计的充填墙体材料使用，适用于高层建筑。2、次轻混凝土承重多孔保温砌块。按建筑企业设计要求生产，可做为非框架结构设计的墙体材料使用，产品特点除了具有保温、节能的性能外，还具有强度高、可承重的特点，适用于多层建筑（8层以下）。3、多孔内墙板。该产品规格为：宽度30cm、60cm；厚度6cm-12cm；长度为任意长。做为建筑内墙板，具有施工速度快、隔音、保温、造价低等特点，适用于各种结构的房屋建筑。4、空心保温梁槽板。按设计要求生产，解决了多层或高层建筑中混凝土圈梁传热系数大、保温性能差的难题，适用于各种结构的房屋建筑。（二）发展趋势世界上第一个研究和生产页岩的国家是美国，至今已有80多年历史。世界著名的美国摩天大楼就是全部采用陶粒原料建造而成的。随后荷兰、丹麦、比利时、俄罗斯等国家都在广泛生产和应用陶粒。中国于1956年开始研究陶粒，主要研究烧结型粉煤灰陶粒，60年代形成生产能力。近年来页岩陶粒生产在京津地区、黑龙江、内蒙、吉林、云南、新疆等地发展速度较快，其中黑龙江发展建设更快。但是仍然无法满足市场需求，庆安、鹤岗等地的陶粒厂甚至出现客户先交款后排队等料的现象。由此可见，陶粒市场需求十分旺盛，市场前景广阔。符合政策，适应建筑业发展要求，随着社会经济的发展，建筑行业得到迅猛发展，粘土实心砖由于其体积小、重量大、保温性能欠佳，难以适应建筑发展的需要，而新型建筑材料页岩产品的发展空间却在不断扩大。原国家建材局、农业部、国家土地局、城乡建设环境保护部相继颁发了《严格限制毁田烧砖积极推进墙体材料改革的意见》，2005年国务院办公厅颁发了国办发[2005]33号文件《关于进一步推进墙体材料革新和推广节能建筑的通知》，积极号召新型建材、制品的开发和推广利用。在中国国民经济和社会发展“九五”计划及2010年远景目标纲要中也明确提出振兴支柱产业、对建材工业和建筑业的发展要以建设城乡住房和公共设施为重点，开发和推广新型建材及制品。同时国家和地方为了大力推进新型墙体材料产业的发展，在税收等各方面给予了优惠政策，对新型墙体材料开发实施立项、贷款、用地“三优先”政策。国家建材局确定了以北京、天津、哈尔滨等20个城市为发展新型建材及其制品的试点城市，对于严寒及寒冷地区城市新建住宅要全部达到节能设计标准。省建设厅颁发了《关于对应用于我省建筑工程中的节能产品进行核准的通知》和《关于加强建筑砌块生产与应用管理工作的意见》，对墙体材料实行市场准入制度。性能优越粘土实心砖的生产不仅毁坏大量有效耕地，而且生产过程中大量消耗能源，污染环境，给农业生产造成巨大损失。陶粒及其混凝土制品具有用途广泛、性能优良、节能效果显著、施工适应性强和技术经济效果好这五大优势。陶粒保温墙板和陶粒保温梁槽配合现有的红砖墙体使用，弥补了红砖墙体导热系数高，热损失大的弊端。且绥棱页岩生产地处黑龙江省中部，每年冬季取暖，都要产生大量的煤灰，可为混凝土砌块的生产提供充足的混合材料；此种墙体材料的生产和利用所具有的保护耕地、节约能源、废渣利用、改善建筑功能的优越性能，对于保护生态环境的意义十分重大。利用页岩作画陶粒混凝土砌块作为一种新型墙体材料，其体积是粘土砖的1.7倍，保温性能是粘土砖的1.2倍，无疑是粘土实心砖的最佳替代产品，经省寒地建筑科学研究院测试，要达到这一标准，粘土实心砖墙体厚度要达到148cm才能满足要求，而页岩陶粒砌块墙体只需40cm即可满足要求，墙体厚度减少3.7倍，房屋使用面积扩大20%，房屋的冬季取暖和夏季降温能耗降低50%以上。据权威部门测算，用简单的建筑材料价格对比方法计算：每立方米需要红砖512块，按每块红砖0.32元计算，资金为163.84元。每立方米陶粒出厂价格为150-180元，每立方米承重陶粒砌块270-280元，非承重陶粒砌块320-330元。按多层建筑（3-6层）为例：在结构不改变情况下，使用红砖和承重陶粒砌块单体每平方米砌筑造价为（不取费）：全部使用红砖为100.35元/㎡；使用25%承重砌块113.45元/㎡；使用50%承重砌块126.54元/㎡；使用100%承重砌块139.73元/㎡。虽然陶粒砌块在价格上略高于粘土实心砖，但是两者在建筑方式上比较：砌块采用按设计要求方式生产，在施工效率上远远高于原始建筑方法；在建筑成本和使用寿命上比较：粘土实心砖需要外挂保温板进行保温处理，成本有所增加，墙体使用年限缩短，而砌块具有的保温性能省去了二次保温环节，延长了墙体的使用寿命。市场潜力巨大，陶粒砌块重量轻，保温性好，导热系数低，热损失小，同时抗渗性好，耐火性好，这些优势使得陶粒砌块倍受建筑行业的青睐。目前，黑龙江省年生产轻集料混凝土砌块约100万立方米，其中陶粒砼砌块约40万立方米。这些轻体砌块仅可满足160万平方米建筑工程的需求。据不完全统计，全省平均每年建筑面积1500万平方米以上，甚至更高，仅哈尔滨市年竣工面积就达400万平方米，年需轻体砌块100万立方米左右。从整个中国黑龙江省来看，每年约需轻体砌块300-400万立方米左右，轻体砌块市场尚有200-300万立方米的巨大缺口，如果页岩陶粒砌块的使用率占50%，尚缺少100-150万立方米，尤其是在基建峰期供求矛盾更为突出。除此之外，随着村镇建设步伐的加快和农村砖瓦化率的提高，农村对节能保温建筑材料的需求日益增加，特别是在不能联片集中供热的东北农村需求更为急迫。还可满足输油管道的保温及热电厂输水管道保温，比目前使用的管道保温材料造价低，而且保温效果好，陶粒制轻体材料，陶砂可出口日本、韩国等，另外随着严格限制粘土实心砖的生产和使用，轻体砌块的需求将日益增加，页岩陶粒砌块的市场前景将更加广阔。（三）其他信息页岩是一种沉积岩，成分复杂，但都具有薄页状或薄片层状的节理，主要是由黏土沉积经压力和温度形成的岩石，但其中混杂有石英、长石的碎屑以及其他化学物质，根据其混入物的成分，可分为：钙质页岩、铁质页岩、硅质页岩、炭质页岩、黑色页岩、油母页岩等其中铁质页岩可能成为铁矿石，油母页岩可以提炼石油，黑色页岩可以作为石油的指示地层。页岩形成于静水的环境中，泥沙经过长时间的沉积，