第2章岩土类型及其工程地质性质

本章知识点【知识点】地质作用及类型，地质年代的概念、相对年代与绝对年代的确定方法；常见矿物的性质；三大岩类的形成、结构和构造，常见岩石的鉴别；岩石的工程地质性质及影响因素，岩石的工程类型，风化岩的概念及工程地质性质，风化作用类型，风化带划分；土体分类及其工程地质性质、特殊土的主要工程地质性质。【重点】矿物及岩石的鉴别，岩石的工程地质性质及影响因素，风化岩的工程性质。【难点】常见矿物及岩石的鉴别、岩土的工程地质性质。【导读问题】岩土从何而来？沉睡亿年仍会说话的石头是什么东东？岩土的工程性质是先天注定的吗？岩与土为何要分家？特殊性土到底特殊在哪？第2章岩土类型及其工程地质性质2.1地壳及地质作用2.1.1地壳地壳是当前地质学的主要研究对象，构成地壳的岩土的性质和特征是工程地质学最基本的知识。地表地形的总轮廓塑造出各式各样的地貌类型含义内动力地质作用构造运动指地壳的机械运动，又称为地壳运动。岩浆作用岩浆的形成、运移、冷凝固结成岩浆岩的全过程。地震作用地下深处地壳快速振动的作用。变质作用先成岩石发生成分、结构、构造变化的地质作用。外动力地质作用风化作用地表岩石发生机械崩解或化学分解而变成松散物的过程。剥蚀作用地质营力将岩石的风化产物剥落、刻蚀带走的过程。搬运作用风化、剥蚀的产物被迁移的过程。沉积作用被搬运的物质在条件适宜的地方发生沉积的过程。固结成岩作用松散沉积物转变为坚硬岩石的过程。人为地质作用工程地质作用因人类工程活动改变原来的地质条件的过程。引起地壳或岩石圈，甚至地球的物质组成、内部结构和地表形态变化和发展的作用2.1.2地质作用2.1.3地质年代地质年代:地球形成、发展、变化的历史年代地质年代的确定方法2.1.3.1绝对年代的确定同位素的年龄2.1.3.2相对年代的确定方法方法名称方法要点古生物法根据所研究地层中含有的标准化石确定其时代。岩性和岩相对比法按同一时代同一沉积环境下所形成的岩石性质大致相似的原则研究地层与己经建立了标准地层剖面的相应地层，从地区岩石的颜色、成分、结构、岩性和岩相特点确定其层位。地层层接触关系分析法火成岩与沉积岩接触侵入接触若沉积岩形成后，火成岩体穿插在沉积岩中，则沉积岩的时代比火成岩老。沉积接触火成岩形成后，经风化剥蚀上部又为沉积岩所覆盖，则沉积岩比火成岩新。火成岩与火成岩接触火成岩体相互穿插时。被穿插的岩体时代较老。沉积岩与沉积岩接触整合接触顺序堆积，地层上新下老。平行不整合接触由于地壳升降运动影响，中间有沉积间断，缺失部分时代地层，但上下两套岩层产状一致。角度不整合接触相邻的新、老地层之间缺失了部分地层，且彼此之间的产状也不相同，成角度相交。剥蚀面上具有明显的风化剥蚀痕迹，常具有底砾岩。角度不整合块状形成过程地壳下降，接受沉积开始发生褶皱隆起为山遭受侵蚀地形夷平地壳再次下降，接受沉积角度不整合美国亚利桑那州大峡谷侵入接触沉积接触侵入与沉积接触火成岩岩与围岩接触关系地质年代单位：指地质时期中的时间划分单位，又称“地质时间单位”。年代地层单位：各个地质年代时间段落中所形成的地层也相应划分为若干地层单位。2.1.3.3地质年代单位及年代地层单位地质年代表(GeologicalTimeScale)指按时代早晚顺序表示地史时期的相对地质年代和同位素年龄值的表格2.1.3.4地质年代表教材P12冥古宙/HaGSSA——4000Ma太古宙/ArGSSA——2500Ma元古宙/PtGSSP——542Ma显生宙/Ph冥古宙太古宙元古宙显生宙显生宙↓古生代中生代新生代↓三叠纪侏罗纪白垩纪↓早、中、晚侏罗世↓阿林期巴柔期…5个层次4个阶段前寒武纪太古界——华北（片岩、片麻岩）元古界——华北及长江流域（沉积－砂岩灰岩白云岩等）古生界——海相沉积－灰岩白云岩碎屑岩中生界——我国大部分为陆地新生界——第三系主为陆相红色碎屑岩2.1.3.5我国地史概况2.2矿物构成地壳物质的基本单元就是化学元素。矿物：在各种地质作用中所形成的天然单质元素或化合物地壳←岩石（岩石-土）←矿物←化学元素角闪石云母岩盐2.1.1.1单体形态（固态结晶矿物）一向延长型两向延长型三向延长型2.2.1矿物的形态2.2.1.2矿物集合体形态2.2.2.1.光学性质（1）颜色和条痕2.2.2矿物的物理性质条痕是指矿物粉末的颜色用毛瓷板（没上釉的瓷板）刻划检验观察的颜色.有的矿物有好几种颜色,但条痕比较固定的.指矿物表面对可见光的反射能力.即新鲜面上的光亮程度。根据反射能力自强而弱分为:1.金属光泽：方铅矿、黄铁矿2.半金属光泽：赤铁矿3.非金属光泽:金刚光泽:金刚石玻璃光泽：长石、石英（水晶）油脂(脂肪)光泽：滑石或石英断口丝绢光泽:纤维石膏珍珠光泽:云母土状光泽:高岭石（2）光泽2.2.2.2力学性质解理:矿物受外力作用时，沿晶体格架一定方向裂破成平面的性质.裂开的平面就是解理面分级：方解石的三组解理1.极完全解理:2.完全解理:方解石3.中等解理长石、角闪石4.不完全解理:5.无解理:石英云母橄榄石（2）断口：矿物受外力打击后，形成的各种凹凸不平的不规则的断裂面贝壳状：石英土状：高岭土、铝钒土参差、锯齿状：黄铁矿、自然铜贝壳状锯齿状参差状土状（3）硬度概念:矿物抵抗外力机械作用的强度。通常以十种矿物为标准，来标定矿物相对硬度的大小，称之为摩氏硬度肉眼鉴定即借助—些简单的工具如小刀、放大镜、条痕板等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、碳酸盐和硫酸盐等造岩矿物2.2.3常见矿物及其主要特征1黄铁矿详实验室晶形颜色光泽硬度解理盐酸反应定名甲矿物规则白玻璃光泽3三组完全解理起泡？乙矿物规则白玻璃光泽7无无？2.2.4常见矿物的鉴定方法石英长石云母岩石:天然产出的,具有一定结构和构造的矿物集合体。2.3岩石成因类型及其工程地质性质按成因分为岩浆岩(magmaticrock)沉积岩(sedimentaryrock)变质岩(metamorphicrock)概念、形成、结构构造特征、典型岩石2.3岩石2.3.1岩浆岩概念：由岩浆侵入地下或喷出地表后冷却凝结而成的岩石，又称火成岩。2.3.1.1形成浅色矿物:石英,正长石,斜长石,白云母;形成酸性、中性岩浆岩.深色矿物:角闪石,辉石,橄榄石,黑云母;形成基性、超基性岩浆岩.主要矿物:10%次要矿物：1~10%.角闪石石英2.3.1.2物质成份侵入岩岩基岩株岩脉岩床喷出岩岩被火山锥岩流2.3.1.4产状结构:是指矿物的结晶程度,颗粒大小,形状及矿物间组合方式所反应出来的特征.按结晶程度、晶粒大小进行分类2.3.1.5结构构造(1)块状构造:无定向排列,各部份均匀分布，花岗岩、闪长岩;(2)流纹构造:岩石中有不同颜色的条纹,是熔岩流动时物质成份作定向排列所致.如流纹岩.(3)气孔构造:熔岩冷却时尚末逸出的气体形成大小不一的气孔.如玄武岩、安山岩(4)杏仁构造:喷出岩的气孔被后来的次生矿物所充填.构造:岩石中矿物集合体之间或矿物集合体与岩石其它组成部分之间的排列和充填方式。2.3.1.5结构构造Fig-构造气孔构造杏仁构造致密构造basalt1按形成环境和深度(1)侵入岩深成岩浅成岩(2)喷出岩2.按SiO2含量（酸度）酸性岩65%多由浅色矿物组成中性岩:52-65%颜色较深基性岩:45-52%颜色深超基性岩:45%颜色深2.3.1.3分类2.3.1.6常见岩浆岩1花岗岩六合桂子山“石柱林是一千万年以前火山爆发时玄武岩浆喷到地面冷却后产生的六棱形、五棱形等不同形态的“柱状节理，形成现在这种鬼斧造就，利剑万箭齐发射苍穹的壮观场面南京六合国家地质公园2.3.2沉积岩(sedimentaryrock)成因：地表岩石破坏搬运沉积硬结成岩2.3.2.1形成a.碎屑物质：原生矿物(石英、长石、白云母)及岩石的碎屑b.粘土矿物：c.化学沉积矿物：d.有机物质或生物遗骸高岭石、蒙脱石、水云母方解石、白云石、石膏、岩盐、铁和锰的氧化物或氢氧化物等。如贝壳、石油等2.3.2.2成分a.按颗粒大小:砾状.（2mm）砂质（2~0.05）.粉砂质（0.05~0.005）b.按形状分(磨圆程度):园状.棱角状.结核状、鲕状c.按紧密程度分:致密的.松散的.半胶结的d．按胶结物的成份：硅质、铁质、钙质泥质、石膏质胶结怎么胶结?(1)2.3.2.3结构(1)碎屑结构碎屑岩的胶结物：•硅质——强度高•铁质——易氧化•钙质——易溶解•泥质——易软化胶结类型：•基底式胶结(a)•孔隙式胶结(b)•接触式胶结(c)(a)(b)(c)碎屑岩的胶结类型(2)泥质结构50%以上由0.005mm粘粒组成由化学沉积物质的结晶颗粒组成的岩石结构石灰岩、白云岩等化学岩的主要结构(3)结晶结构（4）生物结构由30%以上生物遗体或碎片所组成的岩石结构生物碎屑结构、贝壳结构、珊瑚结构沉积岩的构造，是指沉积岩各个组成部分的空间分布和排列方式。指岩石各组成部分在颜色、矿物成分、碎屑颗粒大小等方面的差异变化所形成的成层性。（1）层理构造含义类型水平层理单斜层理交错层理波状层理2.3.2.4沉积岩的构造①层厚类型巨厚层(1m);厚层(0.5-1m);中厚层(0.1-0.5m);薄层(0.1m)②产状类型正常.夹层.变薄.尖灭.透镜体.互层.(2)层面构造在现代河床、湖滨、海滩以及干旱地区的沙丘表面上，常形成一种由流水、波浪、潮汐、风力作用产生的波浪状构造，称为波痕。干裂在现代河滩、湖滨、海边等泥质沉积物上，常可见到多角形的裂纹，称为干裂，又称泥裂。干裂常指示海滨、河床、湖滨等浅水环境及阳光充足的干燥气候条件。层面构造——波痕层面构造——干裂在沙丘间低洼地上沉积的富黏土沉积物形成了21cm干裂。裂缝被风吹来的沙所充填。美国加州死谷，据RaymondSiever(3)结核构造石灰岩中常见的燧石结核出露地表动物死亡迅速掩埋成分置换（4）生物构造2.3.2.5沉积岩的分类沉积岩分类简表黏黏土岩2.3.2.6常见的沉积岩1）碎屑岩砾岩红色砂岩，由于肉红色钾长石而呈红色变质作用的因素：（1）高温（岩浆、地壳深处、构造运动的热）-重结晶、化学反应如石灰岩—大理岩（重结晶）（2）高压（上覆岩层的压力、构造运动或岩浆活动的挤压力）-如石榴子石（3）新的化学成分的加入（热液和挥发性气体）-产生新的变质矿物2.3.3变质岩2.3.3.1概念地壳中原来的岩石，由于地壳运动和岩浆活动等的影响，在高温、高压及化学活动性很强的气体和液体作用后，在固体状态下，导致原来岩石的矿物成分、结构和构造发生一系列变化而形成的新岩石。（1）接触变质作用在岩浆岩体与围岩接触带上，主要由岩浆活动所带来的热量及活动性流体所引起的变质作用。2.3.3.2变质作用的类型及代表性岩石代表性岩石有大理岩、石英岩等。（2）动力变质作用指在构造变形、变位过程中所产生的定向压力的作用下，使岩石发生变形、破碎以及伴随的重结晶等作用。主要发生在相邻的两个岩石块体之间发生相对错动的接触面附近。如糜棱岩中保留了挤压和扭曲的痕迹（3）区域变质作用在大区域范围内发生，并由温度、压力及化学活动性很强的流体等多种因素，共同引起的一种变质作用。区域变质作用影响的范围可达数千至数万km２以上，影响深度可达30km以上，温度在200-800℃之间。岩石圈洋壳大陆壳低温高压带高温低压带高温高压带代表性岩石有板岩、千枚岩、片岩等1、变质矿物石榴子石、绿泥石、蛇纹石、滑石蛇纹石2、一般矿物石英、钾长石、钠长石、白云母、黑云母等。2.3.3.3变质岩的成分变余砾状结构变余砂状结构1)变余结构:变质岩中残留有原岩的结构,变质作用不彻底2.3.3.4变质岩的结构构造(1)结构斑状变晶结构2)变晶结构:是原岩在固态条件下发生重新结晶形成的结构碎裂结构糜棱结构3)碎裂结构:在定向压力影响下，使岩石中的矿物颗粒发生弯曲、破裂、断开，甚至研磨成细小的碎屑或岩粉被胶结而成的结构。（2）变质岩的构造1）片理构造指岩石中矿物定向排列所显示的构造，是变质岩中最常见、最具有特征性的构造。片麻状、片状、千枚状板状、条带状构造2）块状构