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第1章岩石和地质构造工程地质学2011年11月工程地质及土力学1.3岩石第1章岩石和地质构造地球与岩石1.1造岩矿物1.2岩石1.3地质年代表1.4地质构造1.5岩石与岩体的工程性质1.6第四纪沉积物的成因、类型与特征1.7土与土层1.82011年11月工程地质及土力学1.3岩石岩石是由一种或多种矿物自然组合而成的矿物集合体。按其成因可分为：岩石概述沉积岩火成岩变质岩三大类岩石占地壳体积的比例1.岩浆岩(火成岩)—原生岩石，岩浆冷却；2.沉积岩(水成岩)—次生岩石，外力风化；3.变质岩—变质岩石，内力变质作用。2011年11月工程地质及土力学1.3岩石1.3.1岩浆岩岩浆喷出地表，在地表冷却凝固称为喷出作用；也叫火山作用。侵入作用喷出作用岩浆作用岩浆上升未达到地表，在地壳中冷却凝固，称为侵入作用。岩浆岩是岩浆冷凝形成的岩石，又叫火成岩，占地壳总质量的95%。一、岩浆岩的形成与产状岩浆作用是地壳深部的岩浆受地壳运动影响，沿着地壳中薄弱、开裂地带向地表方向运行、冷凝、固结成岩的过程。岩浆是存在于上地幔和地壳深处、以硅酸盐为主要成分、富含挥发性物质、处于高温（高达700-1300℃）、高压（高达数千MPa）状态下的熔融体。2011年11月工程地质及土力学1.3岩石以硅酸盐为主要成分、富含挥发性物质、高温高压。一、岩浆岩的形成与产状深成岩形成深度大于3km浅成岩形成深度小于3km喷出岩喷出地面凝固而成压力减小，热量散失，最后冷却凝结。岩浆沿构造薄弱带上升按冷凝的地质环境，岩浆岩分为2011年11月工程地质及土力学1.3岩石一、岩浆岩的形成与产状岩浆岩的产状是指岩浆岩的形态、大小及其与周围岩体间的相互关系。深成岩岩基体积巨大，形状不规则，面积一般大于100km2,平面上常呈椭圆形。岩株是基岩边缘的分枝，深部与岩基相连，面积小于100km2。浅成岩岩盘岩浆沿裂隙上升贯入围岩形成上凸下平的透镜体。岩盆岩浆顺层侵入围岩形成下凹盆状。岩床岩浆顺层状岩石侵入，形成不规则状侵入体。岩墙岩浆侵入围岩层理或片理叙交形成板状岩体称岩墙，厚度从几毫米到几米，长几百米到几十千米。喷出岩中心式喷发火山颈裂隙式喷发火山锥、岩溶流、岩溶被2011年11月工程地质及土力学1.3岩石二、岩浆岩的矿物成分名称SiO2含量（%）主要矿物成分颜色密度超基性岩类45%橄榄石、辉石为主，其次有角闪石，一般不含硅铝矿物很深很大基性岩类45～52叙长石、辉石为主，少量角闪石及橄榄石深较大中性岩类52～65正长石、叙长石、角闪石为主，少量黑云母及辉石较深较大酸性岩类65石英、正长石为主，少量黑云母和角闪石浅小组成岩浆岩的矿物主要是硅酸盐类矿物；造岩矿物主要为石英、长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石等。2011年11月工程地质及土力学1.3岩石三、岩浆岩的结构和构造1.岩浆岩的结构指构成岩石的(单个)矿物的结晶程度、颗粒大小、形态及彼此之间的组合方式。●全晶质结构：岩石全部由结晶的矿物组成。多见于深成侵入岩中，结晶条件好，缓慢结晶的产物●玻璃质结构：岩石几乎全部由未结晶的火山玻璃所组成。多见于火山岩中，是快速冷凝结晶的产物●半晶质结构：岩石由部分晶体和部分玻璃质组成。多见于浅成岩和火山岩中1.按结晶程度划分●粗粒结构（粒径5mm）●中粒结构（粒径2-5mm）2.按颗粒的相对大小划分●细粒结构（粒径2-0.2mm）●微粒结构（粒径0.2mm）3.按晶粒相对大小划分●等粒结构●不等粒结构●斑状及似斑状结构等粒结构不等粒结构斑状结构似斑状结构2011年11月工程地质及土力学1.3岩石三、岩浆岩的结构和构造2.岩浆岩的构造3.流纹状构造是粘度较大的火山熔岩流的流动构造。指岩石中矿物的空间排列和充填方式所反映出来的外貌特征。主要取决于岩浆冷凝时的环境。1.块状构造侵入岩所具有的构造。2.气孔状和杏仁状构造喷出岩所特有的构造。流纹状构造气孔状构造杏仁状构造块状构造2011年11月工程地质及土力学1.3岩石四、岩浆岩的分类及鉴定方法分类依据：岩浆岩的矿物成分、产状、结构与构造特征2011年11月工程地质及土力学1.3岩石四、岩浆岩的分类及鉴定方法主要用肉眼和借助放大镜、小刀等简单工具，对岩石标本的外表结晶形态、颜色、结构与构造以及某些特殊的特征，进行观察辨识，并利用岩浆岩的分类特征作为指导，通过对于分析和辨识，作出鉴定。1）了解来源及产状2）颜色辨识，确定岩石标本的酸性或基性类别；（基性为深色，酸性为浅色）4）观察识别岩石的结构和构造，确定岩石的名称。3）辨识矿物成分，区分岩石类别；2011年11月工程地质及土力学1.3岩石1.3.2沉积岩在地表常温常压环境中，先前存在的岩石(岩浆岩、变质岩和早期形成的沉积岩)经风化、搬运、沉积和成岩等地质作用而形成的层状岩石。岩石遭受风化剥蚀流水、风、冰川等外力搬运在地表浅洼的地方（海洋、湖泊、低地）沉积复杂的成岩作用，形成沉积岩2011年11月工程地质及土力学1.3岩石一、沉积岩的特点碎屑物质由先成岩石经物理风化作用产生的组成。粘土矿物化学沉积矿物有机质及生物残骸由一些含硅酸盐类矿物的岩石，经化学风化作用形成的次生矿物。由纯化学作用或生物化学作用从溶液中沉淀结晶产生的沉积物。由生物残骸或有机化学变化而成的物质。石英、长石、白云母；火山灰高岭石、微晶高岭石及水云母等方解石、白云石、石膏、石盐、铁锰氧化物或氢氧化物贝壳沉积岩的组成物质中，粘土矿物、方解石、白云石和有机质等是沉积岩所特有，是区别岩浆岩的重要特征。组成沉积岩的常见矿物有20多种，按成因类型可分为：1.沉积岩的矿物成分2011年11月工程地质及土力学1.3岩石一、沉积岩的特点是指沉积岩的各个组成部分的形态特点(如颗粒的外形、大小、表面性质等)、填充程度、结晶程度等。碎屑结构泥质结构结晶结构生物结构砾状结构粗砂结构中砂结构粉砂质结构碎屑粒径2mm。碎屑粒径0.25-0.5mm碎屑粒径0.005~0.075mm由粒径0.005mm的粘土矿物颗粒组成，是泥岩、页岩等粘土岩的主要结构。由溶液中沉淀或经重结晶所形成的结构。由生物遗体或碎片所组成，如贝壳结构、珊瑚结构等。岩石中有50%以上的碎屑颗粒被胶结物所胶结，是沉积岩特有的结构碎屑粒径0.5-2mm。细砂结构碎屑粒径0.075-0.25mm2.沉积岩的结构碎屑结构泥质结构结晶状结构生物结构2011年11月工程地质及土力学1.3岩石硅质胶结成分为石英及其他二氧化硅，颜色浅，强度高。铁质钙质泥质胶结成分为铁的氧化物及氢氧化物。颜色深，呈红色，强度仅次于硅质胶结。胶结成分为碳酸钙一类的物质。颜色浅，强度低，具可溶性。胶结成分为粘土。胶结松散，强度低，易湿软、风化。石膏质胶结成分为CaSO4。硬度小，胶结不紧密，遇水易膨胀。碎屑结构的胶结物一、沉积岩的特点2011年11月工程地质及土力学1.3岩石2.3.2沉积岩的地质特征是指各组成部分的空间分布和排列方式。水平层理、斜交层理、波状层理、波状层理、交错层理2.块状构造1.层理构造3.层面构造4.结核5.化石岩石层理不清楚，矿物颗粒排列无一定规律埋藏在沉积岩中的古代生物遗体或遗迹波痕、雨痕、泥裂与沉积岩成分不同的，圆球状或不规则状的无机包裹体3.沉积岩的构造水平层理单斜层理交错层理波痕泥痕结核化石2011年11月工程地质及土力学1.3岩石二、沉积岩的分类1.按组成成分、结构和形成条件，分为：2011年11月工程地质及土力学1.3岩石二、沉积岩的分类续上表2011年11月工程地质及土力学1.3岩石碎屑岩类粘土岩类化学及生物化学岩类火山碎屑岩沉积碎屑岩页岩泥岩石灰岩白云岩泥灰岩砾岩及角砾岩砂岩粉砂岩二、沉积岩的分类2.常见的沉积岩火山角砾岩凝灰岩2011年11月工程地质及土力学1.3岩石(1)砾岩及角砾岩砾状结构，50％以上粒径大于2mm的砾或角砾胶结而成，块状构造。硅质胶结的石英砾岩，非常坚硬，开采加工较困难，泥质胶结的则相反。常见的沉积岩(2)砂岩砂粒主要成分为石英、长石及岩屑等，砂状结构，层理构造。砂岩为多孔岩石，孔隙愈多，透水性和蓄水性愈好。是石油、天然气和地下水的聚集所。(3)粉砂岩粉砂岩质结构，水平层理清晰，由50％以上粒径在0.002—0.074mm的粉砂粒胶结而成的。由石英、长石和粉粒及粘土矿物所组成，胶结物多为泥质。结构疏松，强度和稳定性不高。丽江砾岩丽江砾岩2011年11月工程地质及土力学1.3岩石常见的沉积岩（5）页岩是泥质岩的一种。页岩是分布最为广泛的一种沉积岩，约占大陆沉积物的69%。主要由粘土矿物经脱水固结而形成，粘土结构，页理构造，富含化石。一般情况下，页岩岩性松软，易于风化呈碎片状，强度低，遇水易软化而丧失其稳定性。（4）泥岩主要由粘土矿物经脱水固结而形成，具粘土结构，层理不明显，呈块状构造，固结不紧密、不牢固。强度较低，一般干试样的抗压强度约在5—30MPa之间。2011年11月工程地质及土力学1.3岩石（6）石灰岩主要由方解石组成，次要矿物有白云石、粘土矿物等。化学结晶结构，生物结构，块状构造。石灰岩致密、性脆，一般抗压强度较差。是烧制石灰和水泥的重要原材料，也是用途很广的建筑石材。常见的沉积岩（7）泥灰岩主要由方解石和粘土矿物(含量在25％-50％)组成，化学结晶结构，块状构造，滴稀盐酸剧烈起泡，留下土状斑痕。抗压强度低，遇水易软化，可做水泥的原料。泥灰岩2011年11月工程地质及土力学1.3岩石1.3.4变质岩地壳中的原岩受构造运动、岩浆活动、高温、高压及化学活动性很强的气体和液体影响，其矿物成分、结构、构造等发生一系列的变化，这些变化称为变质作用。一、变质作用与变质岩温度高温引起岩石重结晶或使岩石中某些矿物成分发生化学反应。压力静压力，引起矿物体积变小；定向压力，使岩石发生柔性变形或机械破碎，或使矿物定向生长。化学活泼性流体与原岩中的矿物接触发生化学交替或分解作用，形成新的矿物。原有岩石经变质作用后形成的新岩石，称为变质岩。1.变质作用的影响因素2011年11月工程地质及土力学1.3岩石一、变质作用与变质岩变质作用形成于地壳一定的深度，发生于一定的温度和压力范围；沉积岩是在地表或近地表常温常压条件下；岩浆岩形成是高温高压条件；变质作用中的矿物转变是在固态情况下完成的，岩浆岩那种从液态的岩浆中结晶形成的。变质岩与沉积岩和岩浆岩区别2011年11月工程地质及土力学1.3岩石热液变质作用接触变质作用区域变质作用动力变质作用由于岩浆的侵入，在岩浆高温的条件下，使接触带的围岩产生重结晶或产生新的矿物。大规模地壳运动和岩浆活动使地下深处广大地区岩石发生变质。岩石因构造运动而产生的变质作用，成动力变质作用。常与较大的断层带伴生，产生的岩石有断层角砾岩和糜棱岩。岩浆侵入地壳时岩浆与围岩相互作用，挥发出气体和分离出热液，在高温高压条件下，使围岩的化学成分改变，形成新的矿物。2.变质作用的类型一、变质作用与变质岩2011年11月工程地质及土力学1.3岩石1.变质岩的矿物成分二、变质岩的特点岩浆岩残留：石英、长石、角闪石、黑云母等；沉积岩残留：方解石、白云石、粘土矿物等。原岩残留的矿物变质作用产生的新矿物绢云母、红柱石、硅灰石、石榴子石、滑石、十字石、阳起石、蛇纹石、石墨等。为变质岩所特有2011年11月工程地质及土力学1.3岩石2.变质岩的结构变余结构变质作用后，重结晶作用不完全，原岩的一部分成分和结构被保留下来。如变余砂状结构。变晶结构碎裂结构是变质岩最常见的结构，是岩石变质作用过程中重结晶所形成的结构。如粒状变晶结构。岩石受力后合矿物发生弯曲、破裂甚至粉碎，后又被胶结起来的结构，如糜棱结构。3.变质岩的构造片理构造非片理构造块状构造板状构造、千枚状构造、片状构造和片麻状构造为变质岩所特有二、变质岩的特点2011年11月工程地质及土力学1.3岩石1.变质岩分类三、变质岩的分类及主要变质岩变质作用岩石名称结构构造主要矿物成分区域变质（由板岩至片麻岩变质程度逐渐加深）板岩变余片理构造板状粘土矿物、云母、绿泥石、石英、长石等千枚岩变余千枚状绢云母、石英、长石、绿泥石、方解石等片岩变