第二章-岩石组成与岩石物理性质1

第一节岩石的组成与结构一、岩石的组成地壳(earth‘scrust)是由岩石组成的，岩石又是由矿物组成的，那么矿物又是由什么组成的呢？是由组成地壳的化学元素：O、Si、Al、Fe、Ca、K、Na、Mg等的化合物组成的，天然产出的这些元素的化合物即为矿物。第二章岩石组成与岩石物理性质矿物是均匀的，通常是由无机作用形成的，具有一定化学成分和特定的原子排列（结构）的均匀固体，不能用物理的方法把它分成在化学上互不相同的物质，如：石英、长石、方解石等.K-feldspar钾长石Beta石英quartz岩石是由一种或几种矿物按一定方式结合而成的天然集合体，如：花岗岩，是由石英、长石、和云母颗粒组成的。组成岩石的矿物有多种，其中常见的有：长石、石英、辉石、角闪石、云母、橄榄石、方解石、白云石、石膏、石墨、黄铁矿等。角闪石Graphite石墨Diamond金刚石二、岩石的分类按照不同的成岩过程将岩石分为以下三类：1、火成岩一般指岩浆在地下或喷出地表冷凝后形成的岩石，又称岩浆岩，是组成地壳的主要岩石，占地壳总体积的95%。如花岗岩、流纹岩、辉长岩、玄武岩、闪长岩、安山岩等。Rhyolite流纹岩（acid）ganite花岗岩（acid）岩脉、围岩、捕掳体围岩：岩浆周围原先一直处于固态的物质。岩脉：由于地壳运动，使得岩浆进入周围围岩裂缝后冷凝而成的岩石。捕掳体：周围围岩熔融后，被岩浆所包围的部分围岩。岩脉的相互切割“四世同堂”在各种不相同的地质环境下岩浆都可以冷凝成岩。如果岩浆在地下活动，冷凝固化后可以形成侵入岩；如果岩浆由火山活动喷发到地表后才冷凝固化，则形成喷出岩。火山喷发后，在通道内没有喷出的岩浆冷凝收缩后产生的类似于柱体节理。昌乐—临朐火山口奇观：柱状节理大规模的多次火山喷发，随着地壳活动的加强，该处不断下降，不断沉积，四周的水逐渐汇聚于这一近圆形的小湖盆中，在山旺这个火山口发育较好，把其他周围小的覆盖，然后盆地不断下沉，不断沉积形成山旺盆地：沉积岩有页岩、硅藻土等石柱：都发现于泰山，其形状与桶状构造很为相似，其成因跟桶状构造也相似桶状构造桶状构造的成因，最近比较流行的看法为炽热的岩浆在侵入的过程中，由于受到热梯度、热力场、速度场、涡流强度和边界条件等诸因素的制约，产生无数个应力梯度域，在岩石内部产出隐蔽的破裂纹，后期的张应力则使这些破裂纹明显化，进而形成环状节理发育的圆柱体，将其名为“桶状构造”.从柱体的横断面上看，它有很多同心圆状的环圈和一个内核所组成。这些圆柱体状若垒着的汽油桶，或像一个个的蛋卷.按火成岩中矿物颗粒的大小，也可以将火成岩分成两类：细粒火成岩（玄武岩、安山岩和流纹岩等）和粗粒火成岩（辉长岩、闪长岩和花岗岩等）。一般说来，细粒火成岩大都是喷出岩，它们的温度先是急剧下降，然后至地面进行冷却；而粗粒火成岩多是侵入岩，它们的温度是逐渐冷却的。不少人把侵入岩和喷出岩作为区分火成岩的最重要的方法。构成火成岩的主要元素有氧、硅、铝、钙、钠、钾、镁和钛，其中几种元素氧化物的含量即占火成岩总重量的99％左右，特别是二氧化硅的含量最高，在不同的火成岩中均占总重量的35～78％。在火成岩中，二氧化硅被称作酸性组份；铁、镁和钙被称作基性组份；钠和钾称作碱性组份。按照火成岩中二氧化硅含量的多少，一般将火成岩分为酸性、中性和基性三类。富含二氧化硅（65％）的火成岩称为酸性岩，如花岗岩、流纹岩等；52%二氧化硅65%的火成岩称为中性岩，这类岩石的典型代表有闪长岩、安山岩等。含二氧化硅少(52%)的称为基性岩，如辉长岩、玄武岩等。andesite安山岩（neutral）basalt玄武岩（alkalinity）SiO2〉65%SiO2〈52%ExtrusiveRocksIntrusiveRocksIgneousrock火成岩Graniton辉长岩（alkalinity）Diorite闪长岩（neutral）Igneousrock火成岩IntrusiveRocks结晶温度类型矿物组成高温中间低温基性中性酸性CaMg橄榄石Fe斜长石Mg辉石FeMgFe闪石黑云母石英K长石白云母六类火成岩喷出岩（细粒岩）侵入岩（粗粒岩）玄武岩辉长岩安山岩闪长岩流纹岩花岗岩图2.4火成岩的基性、中性、酸性分类和6种代表性岩石(引自Smith,D.G.,1981)2、沉积岩尽管火成岩占据了地壳总体积的95%之多，但在地壳表层分布最广泛的却是沉积岩。沉积岩覆盖了大陆面积的75％(平均厚度为2km)和几乎全部的海洋地壳(平均厚度为1km)面积。physicalweatheringChemicalweatheringBiologicweatheringMechanicaldepositChemicaldepositChemicaldepositweldingcementingcrystallizationreplacement沉积岩是成层堆积的松散沉积物固结而成的岩石。也就是说，它是早先形成的岩石破坏后，又通过物理或化学作用在地球表面（大陆和海洋）的低凹部位沉积，经过压实、胶结再次硬化，形成的具有层状构造特征的岩石。沉积岩的种类很多，但若考虑到矿物颗粒的大小以及矿物成分等方面的因素，则可以将沉积岩分为砂岩、页岩和石灰岩三类。砂岩的交错层理反映出古水流方向：砂岩粒度顺着层系由粗变细，粗的方向为古水流方向砂岩包含的矿物颗粒的大小范围约为116mm至2mm。这些颗粒大多来源于风化等侵蚀作用后的火成岩的矿物颗粒或岩石碎片，也有不少颗粒来源于已经存在的砂岩风化的产物。砂岩的主要矿物是石英，还有长石，特别是钾长石。在沉积岩总量中，砂岩约占25％。砂岩是石油、天然气的主力储层。页岩是由直径不超过116mm的细颗粒矿物组成的，它占沉积岩总量的50％。页岩以粘土矿物为主要造岩矿物，也包含许多细颗粒的石英、长石等其它矿物。尽管页岩含量丰富，但它在地表的出露却不如砂岩广泛。页岩颗粒致密，渗透性很差，可以形成不透水层，能防止石油、水、天然气等的流失。藻叠层石白云岩它的形成：在潮间带，浪很强，藻类为了生存便形成了这种叠层状的形态以抗击浪潮。石灰岩占沉积岩总量的20％，是第三号重要的沉积岩。它以方解石和白云石为主要造岩矿物，石英和长石的含量不足10％。这种过程不同于前面叙述过的火成过程或沉积过程，一般称之为变质过程，相应的这一作用叫做变质作用。例如在保持固态情况下，石灰岩通过热力变质作用，发生了矿物的重结晶，使矿物颗粒粒度不断加大，形成了大理岩，因此，大理岩是一种变质岩。3、变质岩在地球内部高温或高压的情况下，先已存在的岩石发生各种物理、化学变化使其中的矿物重结晶或发生交互作用，进而形成新的矿物组合。metamorphite4、成岩旋回由火成岩、沉积岩和变质岩的形成过程可以看出它们之间有着密切的联系，它们都是活动着的地球过程的产物，同时，随着地球上主要地质过程的演变，这三类岩石之间可以互相转变。成岩旋回图对这种转变过程的研究不但可以加深对岩石生成过程的认识，还可以了解在某类岩石变到另一类岩石的转变过程中包含的地质现象。岩石循环这个地质学中的重要概念，最早是JamesHutton在200多年前提出来的(Hutton,1795)。pyramid金字塔Greatwall长城Forbiddencity紫禁城泰姬陵三、岩石的分类的作用一般说来，岩石的物理性质主要由三个方面的因素决定：第一，岩石的组成，包括组成岩石的矿物成分，岩石内部的孔隙度，岩石的饱和状态和孔隙流体的性质等；第二，岩石内部的结构，包括矿物颗粒的大小、形状及胶结情况，岩石内部的裂隙和其它不连续界面等；第三，岩石所处的热力学环境，包括温度、压力和地应力场等。尽管不同的岩石具有不同的矿物组成、结构、孔隙度等，所处的热力学环境也大不相同，但在受到应力（天然的力或是人为的力）作用时，同一类别内岩石的反应差别较小，并且有许多相似处。因此，岩石分类方法对于描述多种岩石的共同特性，是十分有意义的。