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第二章岩石的成因类型及其工程地质特征一、地球的圈层构造地壳地幔地核地球的内圈层:上地幔下地幔外核内核康拉德界面1.地球的内圈层莫霍面古登堡面地核地幔地壳地壳(crust)：由固体岩石构成,平均厚度16km,分硅铝层(花岗岩层)和硅镁层(玄武岩层)。地幔(mantle)：上地幔是熔融状态物质,可能是岩浆的发源地；下地幔主要是由铁镁氧化物和硫化物组成。地核(core)：由比重较大的铁镍合金组成，平均密度大于10g/cm3。外核是液态的,内核是固态。地壳运动主要起因于地幔物质的对流。2.地球的外圈层生物圈水圈大气圈大气圈(atmosphere)：是地球以外的空间,它提供生物需要的CO2和O2,对地貌形态变化起着极大的影响。水圈(hydrosphere)：由大气圈的水蒸气凝结成降雨形成海洋和湖泊沼泽及地下水。水与地表岩石相互作用，作为最活跃的地质营力促进各种地质现象的发育。生物圈(biosphere)：渗透在水圈、大气圈下层和地壳表层的范围之中，对于改变地球的形态起着重要的作用。二、地质作用(Geologicalprocess）由自然动力引起地壳的物质组成、内部结构和地表形态发生变化和发展的作用称为地质作用。按动力来源分为：内力地质作用(endogenicgeologicalprocess)外力地质作用(exogenicgeologicalprocess)1.内力地质作用：由地球内部的能源（旋转能、重力能、辐射热能）引起。地壳运动岩浆作用变质作用地震作用内力地质作用地壳运动：水平和升降运动。岩浆作用：岩浆形成、运动、演化、冷凝。侵入作用侵入岩：深成岩、浅成岩火山作用喷出岩变质作用在高温、高压并有化学物质参与下，岩石发生成分、结构构造的变化地震作用地内机械能突然释放，以弹性波的形式传播到地表引起猛烈冲击各种内力地质作用是相互关连的构造运动形成断裂，引起地震，并为岩浆活动创造通道。构造运动和岩浆活动引起变质作用。地壳运动在内力地质作用中起主导地位。2.外力地质作用由太阳辐射能引起，产生大气环流，形成水的循环，动植物生长，在运动的过程中改造地表.外力地质作用的营力：河流的侵蚀；地下水的潜蚀；风的吹蚀；冰川的刨蚀；湖泊海洋的冲蚀等。河流的侵蚀地下水的潜蚀风的吹蚀冰川的刨蚀湖泊海洋的冲蚀一般按风化→剥蚀→搬运→沉积→硬结成岩的程序进行风化作用：在地表环境下，由于大气、水、生物等作用，岩石在原地分解和破坏。剥蚀作用：各种地质营力，在运动过程中对地表岩石产生破坏，并把破碎分解了的产物剥离原地。搬运作用:拖曳搬运悬浮搬运溶解搬运沉积作用:机械沉积化学沉积生物化学沉积成岩作用:压实胶结重结晶外力地质作用主要影响因素是：气候和地形。我国温度带的划分图我国干湿地区划分图潮湿气候区：河流、湖泊、地下水发育，风化彻底。如东南沿海。干旱气候区：暴雨，风力强，咸水湖。如西北高原。冰冻气候区：气温低，蒸发量小，生物稀少，冰川盘踞。如两极和高山地区。中国地势分布示意图大陆以剥蚀为主，海洋以沉积为主。山区以剥蚀为主，平原以沉积为主。内力和外力地质作用的关系：内力地质作用决定地表的基本形态和内部构造。———地表形态的塑造者。外力地质作用破坏和重塑地表形态。———地表形态的雕刻者。地壳上升时，遭受剥蚀。地壳下降时，接受沉积。§2.1主要造岩矿物地壳由岩石组成，岩石由矿物组成。矿物(mineral)：具一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物。常见的几种矿物石英方解石云母一、矿物的形态：结晶质（组成矿物的质点为有序排列）非晶质（组成矿物的质点为无序排列）：火山玻璃，蛋白石，玛瑙等，无固定几何外形晶形•单体：针状、柱状、片状、板状、立方体、菱面体•集合体：晶簇、纤维状、粒状、钟乳状、鲕状、土状、块状晶簇：指在同一基座上生长出许多同类矿物的晶体群，如石英晶簇，方解石晶簇等。白水晶石英晶簇纤维状：由许多针状、柱状或毛发状的同种单体矿物，平行排列成纤维状。如石棉、纤维石膏等。纤维石膏粒状：大小相近，不按一定规律排列的晶体，聚合在一起形成粒状集合体。如橄榄石。钟乳状：指钙质溶液或胶体在岩石的的孔洞或裂隙中，因水分蒸发，从同一基底向外逐层生长而成的圆锥形或圆柱形矿物集合体。这种矿物集合体最常见于石灰岩溶洞中，如由洞顶向下生长而形成下垂的钟乳体，称为石钟乳；由下向上逐渐生长的称为石笋；石钟乳和石笋相互连接时，就形成了石柱。鲕状：胶体物质围绕着某质点凝聚而成一个结核，一个个细小的结核聚合成集合体，形似鱼卵，故称鲕状。如赤铁矿。土状：单体矿物已看不清楚，常呈疏松粉末状，由此类矿物聚集而成的集合体称为土状集合体，如高岭石。块状：细小的矿物颗粒紧密集合在一起，无一定的排列形式，形成块状集合体。如蛋白石，块状石英等。二、矿物的物理力学性质1.矿物的光学性质矿物对自然光的反射、折射和吸收等所呈现的光学现象。主要有：颜色、条痕、光泽和透明度。颜色(color)：矿物新鲜表面的颜色。自色：矿物吸收某一波长的光波后，其余光波的混合色。他色：矿物中混入色素离子的颜色。假色：矿物表面氧化反应后的颜色。条痕(streak)：矿物粉末的颜色。光泽(luster)：矿物表面反射光线的强弱强度。金属光泽、半金属光泽、金刚光泽、玻璃光泽、油脂光泽、珍珠光泽、蜡状光泽、土状光泽。透明度(transparency)：光线透过矿物的程度。透明、半透明、不透明。2.矿物的力学性质矿物抵抗外力作用（刻划、打击、压拉等）所表现出来的性质。包括矿物的解理、断口、硬度。解理(cleavage)：矿物受敲击后裂开成光滑平面的性质。断口(fracture)：与解理相反没有光滑平面。硬度(hardness)：矿物新鲜面抵抗外力刻划的能力，分为摩氏十级。其它性质石墨导电，石棉绝缘，萤石发光，毒砂有嗅觉，自然硫可燃烧，方解石遇盐酸起泡，白云石遇镁试剂变蓝等。三、常见造岩矿物的肉眼鉴定抓住主要特征。综合考虑颜色、晶形、光泽、解理、硬度。考虑矿物生成条件及共生矿物。工具：小钢刀、放大镜、稀盐酸等。1、浅色矿物：石英正长石斜长石方解石白云石白云母石膏滑石硬度大硬度中等硬度小半透明肉红色灰白色菱面体弯曲菱面体薄片状丝绢光泽有滑感断口油脂光泽两组解理遇HCL起泡遇镁试剂变兰珍珠光泽无解理白色弹性2、暗色矿物：橄榄石辉石角闪石黑云母绿泥石硬度大硬度小颗粒状短柱状长柱状薄片状薄片状半透明解理交角近90º解理交角124º弹性挠性橄榄绿色多为黑色黑绿色黑色墨绿色珍珠光泽§2.2岩石岩石(rock)：一种或多种矿物组成的自然集合体。按成因分为三大类：岩浆岩(magmaticrock)：在地壳上分布面积约占7％。沉积岩(sedimentaryrock)：在地壳上分布面积约占75％。变质岩(metamorphicrock)：在地壳上分布面积约占18％。一、岩浆岩(magmaticrock)1.成因类型及产状：由地下深处的高温高压熔融的岩浆以侵入(intrusiverock)或喷出(effusiverock)方式直接冷凝而成。岩浆岩的产状（稀性岩浆）熔岩流熔岩原熔岩被喷出岩：面）岩墙、岩脉（顺着断层面）岩床、岩盆（顺着岩层浅成岩岩株岩基深成岩侵入岩岩浆岩产状22100100KmKm2.岩浆岩物质成分：主要是硅酸盐矿物，还有一部分金属硫化物、氧化物及挥发性物质。按sio2含量分为：基性岩和酸性岩等。按矿物成分分为：硅铝矿物和铁镁矿物。花岗岩的矿物成份3.岩浆岩的结构和构造岩浆岩的结构(texture)指组成岩石的矿物结晶程度、晶粒大小、形状及组合关系。可反映岩浆冷凝时的物理环境。按矿物结晶程度分：全晶质是深成侵入岩结构特征半晶质是浅成侵入岩结构特征非晶质是喷出岩结构特征按晶粒大小分：粗晶、中晶、细晶、微晶按晶粒相对大小分：等粒、不等粒、斑状岩浆岩的构造(structure):指矿物在岩石中的排列和充填方式。•块状构造•流纹状构造•气孔状构造•杏仁状构造4.岩浆岩的分类及常见的岩浆岩二、沉积岩(sedimentaryrock)成因：地表岩石破坏搬运沉积硬结成岩1.物质组成：岩石碎屑粘土矿物化学沉积矿物有机质及生物残骸2.沉积岩的结构碎屑结构泥质结构结晶结构生物结构粉砂质结构细中粗砂质结构砾状结构3.沉积岩的构造层理构造(stratification)（水平层理、波状层理、斜层理等）层面构造(beddingplane)（雨痕、泥裂等）4.沉积岩的分类及常见沉积岩•碎屑岩•粘土岩•化学及生物化学沉积岩碎屑岩的胶结物：•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）粉砂岩粉砂状结构岩屑石英长石岩屑砂岩：长石砂岩：石英石英砂岩：石英再分细砂岩细砂状结构中砂岩中砂状结构粗砂岩粗砂状结构砂状结构砾岩圆砾状结构角砾岩角砾状结构砾状结构碎屑岩类%25%50%25%50%95.1页岩有层理泥岩无层理粘土岩类：泥状结构.2生物碎屑灰岩生物化学结构鲕状灰岩鲕状结构竹叶状灰岩竹叶状结构同生砾状结构）石灰岩、泥灰岩（含泥含泥）白云岩、泥质白云岩（结晶粒状结构化学岩类：.3常见的沉积岩1.碎屑岩类火山碎屑岩：火山集块岩、火山角砾岩、凝灰岩。沉积碎屑岩：砂岩和角砾岩、砂岩、粉砂岩。2.粘土岩类页岩、泥岩。3.化学及生物化学岩类石灰岩、白云岩、硅质岩。三、变质岩(metamorphicrock)成因：岩石受地壳运动及岩浆入侵的高温高压作用和化学成分的加入，改变原结构构造而形成。变质作用类型接触变质作用动力变质作用区域变质作用接触变质带示意图物质组成：除原有矿物外，特有变质矿物结构：变余结构、变晶结构、碎裂结构构造：片理构造：片状构造、片麻状构造、千枚状构造、板状构造块状构造变质岩的结构变质岩的构造变质岩的分类和常见的变质岩四、三大类岩石的肉眼鉴别•岩浆岩的鉴别方法先看颜色,再看结构和构造,然后看矿物成分.•沉积岩的鉴别方法先看结构,再看成分.•变质岩的鉴别方法先看构造,再看成分.三大类岩石特征对比表岩石类别成因物质组成结构构造代表性岩石岩浆岩高温高压岩浆冷凝硅酸盐金属硫化物结晶结构块状构造花岗岩沉积岩常温常压岩石风化碎屑物质粘土矿物化学物质有机物碎屑结构结晶结构生物结构层理构造层面构造砂岩变质岩岩石变质变质矿物变晶结构变余结构压碎结构片状构造片麻构造千枚构造片麻岩岩浆岩花岗岩流纹岩玄武岩黑曜岩沉积岩砂岩页岩石灰岩白云岩变质岩大理岩石英岩§2.3地质年代地质年代(geologicage)绝对年龄：组成地壳的岩层从形成到现在的准确时间，通过放射性元素蜕变周期测定。相对年代：通过地层层序、古生物、岩性对比测定，说明岩层形成的先后顺序及其相对的新老关系。一、地质年代的确定方法1.绝对地质年代确定方法又称同位素地质年龄用岩石中放射性同位素蜕变规律来确定岩石形成时间。它是根据岩石中所含的放射性同位素和它的蜕变产物的相对含量来测定的。例如，U238→Pb207，1g铀一年蜕变出7.4×10-9g铅。根据铅铀比率确定岩石绝对年龄。2.相对地质年代确定方法地层层序法正常层序法：对于正常沉积的岩层，老的在下，新的在上。岩层倒转时关系相反。层面构造法：用层面构造指示岩层新老关系的方法。古生物层序法新地层：生物化石结构复杂老地层：生物化石结构简单岩性对比法地层接触关系法地层接触关系法沉积岩之间的接触关系：整合接触：各地层时代连续，产状平行平行不整合接触：各套地层时代不连续，但产状平行。角度不整合接触：各套地层时代不连续，产状不平行。沉积岩与岩浆岩之间的接触关系侵入接触：先沉积、后侵入。沉积接触：先侵入、后沉积。岩浆岩之间的接触关系：穿插关系：新岩体穿插老岩体。岩浆岩