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第2章岩石的成因类型及其工程地质特征冯晓新道桥工程系§序言§2.1主要造岩矿物§2.2岩石§2.3地质年代及其特征本章节目录序言一、地球的圈层构造地壳：地球的固体外壳。大陆上厚的70公里，海洋里薄的仅10公里，平均厚度在33km左右。地幔：中间构造层，富含铁镁的硅酸盐物质。地核：主要化学成分是铁，镍，所以又称铁镍核心。内圈层莫霍面古登堡面地核地幔地壳序言地壳(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。序言一、地球的圈层构造外圈层生物圈水圈大气圈序言大气圈(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。序言二、地质作用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)序言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序言地壳运动：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序言序言变质作用在高温、高压并有化学物质参与下，岩石发生成分、结构构造的变化。序言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序言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。序言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。序言河流的侵蚀；地下水的潜蚀；风的吹蚀；冰川的刨蚀；湖泊海洋的冲蚀等。外力地质作用的营力：序言河流的侵蚀序言地下水的潜蚀潜蚀作用增强,与溶洞溶隙接触部位的土粒被逐渐带入溶洞而引起地面塌陷变形。序言风的吹蚀冰川的刨蚀序言冰斗是山地冰川重要的冰蚀地貌之一一般形成于雪线附近它是由冰川侵蚀作用形成的具三面陡壁的围椅状洼地,出口处为一岩槛在冰川的冰劈、刨蚀、磨蚀及重力崩塌共同作用下洼地不断加深，后壁及两侧不断后退，变陡原来的洼地就不断扩大形成冰斗湖泊海洋的冲蚀序言一般按风化→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。序言搬运作用：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序言成岩作用：压实胶结重结晶序言外力地质作用主要影响因素是：气候和地形。序言序言潮湿气候区：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。序言大陆以剥蚀为主，海洋以沉积为主。山区以剥蚀为主，平原以沉积为主。序言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。序言§2.1主要造岩矿物造岩矿物：固体，无机元素或元素化合物岩石：岩浆岩、沉积岩和变质岩岩石圈§2.1主要造岩矿物岩石(rock)是在地质作用下产生的由一种或多种矿物以一定规律组成的自然集合体。岩石按成因分为：岩浆岩(igneousrock)、沉积岩(sedimentaryrock)、变质岩(Metamorphicrock)三大类。sio2含Fe元素的sio2§2.1主要造岩矿物2.1.1矿物的基本概念★矿物：存在于地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元素或化合物。＆构成岩石的矿物，称为造岩矿物，其绝大部分是结晶质。结晶质：组成矿物的元素质点在矿物内部按一定的规律排列，形成稳定的结晶格子构造，生成具有一定几何外形的晶体。§2.1主要造岩矿物2.1.1矿物的基本概念§2.1主要造岩矿物2.1.1矿物的基本概念★矿物的外形特征和许多物理性质，都是矿物的化学成分和内部构造的反映。§2.1主要造岩矿物2.1.2矿物的形态特征非晶质（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（晶质前面已讲述）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§2.1主要造岩矿物晶簇：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2.1.2矿物的形态特征§2.1主要造岩矿物方解石是一种碳酸钙矿物，天然碳酸钙中最常见的就是它。（上图为柱状方解石）2.1.2矿物的形态特征§2.1主要造岩矿物纤维状：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2.1.2矿物的形态特征§2.1主要造岩矿物粒状：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。2.1.2矿物的形态特征§2.1主要造岩矿物钟乳状：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。2.1.2矿物的形态特征§2.1主要造岩矿物鲕状：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。2.1.2矿物的形态特征§2.1主要造岩矿物土状：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。2.1.2矿物的形态特征§2.1主要造岩矿物块状：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。块状石英蛋白石2.1.2矿物的形态特征§2.1主要造岩矿物2.1.3矿物的物理性质矿物的物理性质，包括矿物的颜色、条痕、光泽、硬度、解理、断口等，其决定于矿物的化学成分和内部构造，是鉴别矿物的重要依据。自色：矿物固有的颜色，颜色比较固定①深色矿物：含铁、锰多的矿物→灰绿、褐绿、黑绿、黑色。如：黑云母（黑色）、角闪石（绿黑色、黑色）、辉石（黑绿色、黑色）、橄榄石（浅黄绿、橄榄绿色）②浅色矿物：含硅、铝、钙多的矿物→白色、灰白、淡红、淡黄。如：石英（乳白、无色）、斜长石（灰白色）、方解石（白色、无色）他色：矿物混入某些杂质所引起的，与矿物的本身性质无关如：石英，含铁后呈现紫色、含碳后呈现黑色。方解石，因杂质渗入而常呈白、黄、浅红、绿、蓝等色假色：由于矿物内部的裂隙或表面的氧化薄膜对光的折射、散射所引起的如：方解石（解理面的彩虹）、斑铜矿（表面班驳的蓝色、紫色）1.矿物的颜色，是矿物对可见光波的吸收作用产生的§2.1主要造岩矿物2.1.3矿物的物理性质由于他色不固定，不能用他色来鉴定矿物§2.1主要造岩矿物2.1.3矿物的物理性质2、条痕（streak）条痕：是矿物的粉末颜色，避免了他色和假色的干扰更稳定范围：透明矿物的粉末多因为反射而呈现白色，鉴定意义不大；因此常用于鉴定不透明物质方法：将矿物在白色无釉瓷板划擦所留下的粉末颜色矿物颜色与条痕不一定相同如：黄铁矿——黄色，条痕为黑色。赤铁矿——赤红、铁黑、钢灰，条痕为樱红色。§2.1主要造岩矿物2.1.3矿物的物理性质3、光泽（luster）矿物的光泽是矿物表面的反射率的表现。（1）金属光泽：反射很强，类似镀铬的金属平滑表面的反光。如黄铁矿、方铅矿（2）半金属光泽：反射强，如同一般金属的反光，如磁铁矿的光泽。（3）造岩矿物绝大部分属于非金属光泽。由于矿物表面的性质或矿物集合体的集合方式不同，又会反映出各种不同特征的光泽。§2.1主要造岩矿物2.1.3矿物的物理性质（1）玻璃光泽反光如镜，如长石、方解石解理面上呈现的光泽。§2.1主要造岩矿物2.1.3矿物的物理性质（2）珍珠光泽光线在解理面间发生多次折射和内反射，在解理面上所呈现的像珍珠一样的光泽，如云母等。中国青海省小荣旦的透石膏(Selenite)的标本照片。无色，略带黄。条痕：白色。光泽：玻璃光泽，解理面珍珠光泽。透明。解理：{010}极完全解理，{100}、{011}中等。硬度：1.5-2。比重：2.3。其它：解理薄片有挠性，性脆，遇酸不起泡。§2.1主要造岩矿物2.1.3矿物的物理性质（3）丝绢光泽纤维状或细鳞片状矿物，由于光的反射互相干扰，形成丝绢般的光泽，如纤维石膏和绢云母等。纤维石膏,具有丝绢光泽§2.1主要造岩矿物2.1.3矿物的物理性质（4）油脂光泽矿物表面不平，致使光线散射，如石英断口上呈现的光泽。带光细料黄玉鸡油黄呈油脂光泽§2.1主要造岩矿物2.1.3矿物的物理性质（5）蜡状光泽像石蜡表面呈现的光泽。如蛇纹石、滑石等致密块体矿物表面的光泽。蛇纹石带光细料戈壁粉玉呈蜡状光泽§2.1主要造岩矿物2.1.3矿物的物理性质（6）土状光泽矿物表面暗淡如土，如高岭石等疏松细粒块体矿物表面所呈现的光泽。§2.1主要造岩矿物2.1.3矿物的物理性质国际摩氏硬度计以常见的10种矿物作为标准矿物抵抗外力刻划、研磨的能力，称为硬度硬度是矿物的一个重要鉴定特征。鉴别矿物硬度的方法——摩氏硬度计（相对硬度）。4.矿物的物理性质——硬度（hardness）§2.1主要造岩矿物2.1.3矿物的物理性质指甲刻画石膏晶体表面测定其硬度，可知约为2－2.5常用指甲（2~2.5)、铁刀刃(3~3.5)、玻璃(5~5.5)、钢刀刃(6~6.5)来鉴别矿物的硬度矿物硬度确定：根据两种矿物对刻时相互是否刻伤的情况而定§2.1主要造岩矿物2.1.3矿物的物理性质5、解理（cleavage）、断口（fracture）云母的一组完全平行解理石盐的三组近直交解理矿物受打击后，能沿着一定方向裂开成光滑平面的性质，称解理，裂开的光滑平面成为解理面，解理面一般平行于晶体格架中质点最紧密、联结力最强的面，因为垂直这种面的联结力最弱，晶粒易于平行此面破裂。不具方向性的不规则破裂面，称断口解理的完全程度和断口是互相消长的，解理完全时不显断口如不具解理的石英，则只呈现贝壳状的断口。§2.1主要造岩矿物2.1.3矿物的物理性质§2.1主要造岩矿物2.1.4常见的主要造岩矿物方解石方铅矿橄榄石辉石角闪石斜长石正长石石英云母黄铜矿§2.1主要造岩矿物2.1.4常见的主要造岩矿物赤铁矿褐铁矿磁铁矿白云石高岭土红柱石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。§2.1主要造岩矿物2.1.4常见的主要造岩矿物地球内部的圈层结构造岩矿物的形态及主要物理性质12种左右主要的造岩矿物本小节结束自色矿物本身固有的颜色他色——矿物含有杂质的颜色。如石英冰洲石—无色、透明无裂痕的完好方解石假色——物理原因所引起的颜色角闪石辉石橄榄石黑云母深色矿物石英斜长石方解石浅色矿物方解石：因杂质渗入而常呈白、黄、浅红、绿、蓝等色。石英：含锰后呈现紫色、含碳后呈现黑色。黄铁矿金属光泽闪锌矿半金属光泽方铅矿玻璃光泽斜长石方解石丝绢光泽石膏云母珍珠光泽油脂光泽石英滑石蜡状光泽土样光泽高岭石