第2章巖石的成因類型及其工程地質(zhì)特征

前言地殼運(yùn)動與地質(zhì)作用

一、地球的形狀和大小經(jīng)衛(wèi)星測定，地球是一個“梨狀體”，其南極內(nèi)凹、北極外凸。

赤道半徑:R=6378.4Km極半徑:R=6365.9Km扁平率:1/298表面積:51×108km2體積為:1.0820×1012km3質(zhì)量:5.98×1021噸。

從衛(wèi)星上觀察，地球是一個藍(lán)色的球體。地球的層圈構(gòu)成對流層0～11km平流層11～50km中間層50～80km熱成層80～800km散逸層＞800km大氣圈：厚度大約有兩三千公里。大氣的成分復(fù)雜，但主要由氮?dú)夂脱鯕饨M成，總質(zhì)量約為5000多億噸，其中氮?dú)饧s占空氣總?cè)莘e的78%，氧氣約占21%。水圈：主要由海洋構(gòu)成，海洋的面積約占地球表面積的71%，海洋水約占地球總水量的97.3%。生物圈：地球上動物、植物和微生物所存在和活動的空間地殼：地球的固體外殼。大陸上厚的70公里，海洋里薄的僅10公里，平均厚度在33km左右。組成地殼的物質(zhì)主要是硅鋁層（2.7g/cm3

）和硅鎂層（2.9g/cm3

）地幔：中間構(gòu)造層，富含鐵鎂的硅酸鹽物質(zhì)。地核：主要化學(xué)成分是鐵，鎳，所以又稱鐵鎳核心。外地核熔融狀態(tài)的鐵鎳（10.5g/cm3

），內(nèi)地核固態(tài)鐵鎳（12.9g/cm3

）地球的內(nèi)層圈結(jié)構(gòu)示意地球內(nèi)部圈層地震波速變化地球板塊運(yùn)動示意圖地質(zhì)作用內(nèi)力地質(zhì)作用與外力地質(zhì)作用緊密關(guān)聯(lián)、相互影響，內(nèi)力地質(zhì)作用總的趨勢是形成地殼表層的基本構(gòu)造形態(tài)和地殼表面大型的高低起伏，而外力地質(zhì)作用則是破壞內(nèi)力地質(zhì)作用形成的地形和產(chǎn)物，總是“削高填低”，形成新的沉積物，同時又進(jìn)一步塑造了地表形態(tài)。一、礦物的概念礦物是地殼中的一種或多種元素在各種地質(zhì)作用（自然作用）下形成的自然產(chǎn)物，是具有一定化學(xué)成分、內(nèi)部構(gòu)造和物理性質(zhì)的自然元素或化合物。礦物是構(gòu)成地殼的最基本物質(zhì)。單質(zhì)礦物：由一種元素組成的礦物(或稱自然元素礦物)，如自然金(Au）、金剛石（C）、自然硫（S）等；化合物礦物：由兩種或兩種以上元素組成的礦物稱為，如巖鹽（NaCl）、方解石（CaCO3）、石英（SiO2）等。人造礦物：某些人工合成的礦物。如人造金剛石、人造水晶、人造紅寶石等。2.1主要造巖礦物固態(tài)礦物按其內(nèi)部構(gòu)造可分為晶質(zhì)礦物和非晶質(zhì)礦物.晶質(zhì)礦物：組成礦物的原子、離子或分子等內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)呈有序規(guī)則排列，如方解石。非晶質(zhì)礦物：內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)呈無序排列的礦物。非晶質(zhì)礦物可以由膠體化學(xué)沉積作用形成（如蛋白石），也可以由巖漿噴發(fā)快速冷凝作用形成（如燧石）?！蔷з|(zhì)礦物在自然界中經(jīng)過漫長的地質(zhì)歷史時間，特別是由于埋藏使溫度、壓力較高時可逐漸轉(zhuǎn)化為晶質(zhì)礦物，這種作用稱為“脫?；弊饔谩Ｄ壳鞍l(fā)現(xiàn)的地殼中的造巖礦物多達(dá)3千余種，以硅酸鹽類礦物為最多，約占礦物總量的90%。1、硅酸鹽類礦物：長石類——鉀長石、鈣長石（易風(fēng)化）云母類——白云母、黑云母（不易風(fēng)化）輝石類角閃石類2、氧化類礦物：主要有石英、磁鐵礦、赤鐵礦等（不易風(fēng)化）。造巖礦物中分布最為廣泛有斜長石、石英、正長石和輝石等。二、造巖礦物方解石方鉛礦橄欖石輝石角閃石斜長石正長石石英云母黃銅礦常見的主要造巖礦物赤鐵礦褐鐵礦磁鐵礦白云石高嶺土紅柱石三、原生礦物和次生礦物

按礦物的形成、變化方式，可將造巖礦物劃分為原生礦物和次生礦物。1．原生礦物由地幔中的巖漿侵入地殼或噴出地面后冷凝而成，且未發(fā)生任何質(zhì)及形態(tài)變化的礦物稱為原生礦物，如正長石、斜長石，黑、白云母，輝石，角閃石，石英，方解石，磁鐵礦等。2.

次生礦物次生礦物通常由原生礦物在水溶液中析出形成，也有的是在氧化、碳酸化、硫酸化或生物化學(xué)風(fēng)化作用下形成。次生礦物有很多種，有難溶性鹽類如和等；可溶性鹽類如和等以及各種粘土礦物，其中最為主要的就是高嶺石、伊里石和蒙脫石等粘土類礦物。常用的礦物鑒別標(biāo)志有：1.晶體形狀或形態(tài)礦物?？筛鶕?jù)其形狀或形態(tài)加以區(qū)分。（1）按照礦物幾何形態(tài)：①一向延伸類礦物：柱狀、針狀、纖維狀——角閃石、石棉、石英等；②二向延伸類礦物：板狀或片狀——云母、板狀石膏等；③三向延伸類礦物：立方體、八面體、菱形十二面體——正長石、橄欖石、磁鐵礦等（2）按照礦物聚集狀態(tài)：①單體：針狀、柱狀、片狀、板狀、立方體、菱面體、菱形十二面體②集合體：纖維狀、鱗片狀、粒狀、塊狀、土狀、鐘乳狀四、礦物的物理性質(zhì)2．

顏色礦物的顏色是礦物對光線吸收和反射的物理性能的表現(xiàn)。有些礦物具有與其它礦物明顯不同的顏色，這類礦物即可根據(jù)其顏色加以區(qū)分。礦物顏色按照成因可以分為自色、他色和假色。黃鐵礦—銅黃色自色，礦物的固有顏色，顏色固定，如黃鐵礦。孔雀石他色，是礦物混入了某些雜質(zhì)所引起的，與礦物的本身性質(zhì)無關(guān)。他色不固定，隨雜質(zhì)的不同而異，對于鑒別礦物沒有很大意義。純凈水晶紫水晶（Fe）粉紅色水晶假色，由于礦物內(nèi)部的裂隙或表面的氧化膜對光的折射、散射所引起的。①方解石解理面上常出現(xiàn)虹彩。②斑銅礦表面常出現(xiàn)斑駁的藍(lán)色和紫色（錆色），新鮮面為暗銅紅色。冰洲石—無色、透明無裂痕的完好方解石斑銅礦(氧化引起)※條痕色是指礦物粉末的顏色，通常使用粗瓷板（條痕板）摩擦?xí)r留下的痕跡，它可消除假色的干擾，是一種鑒別不透明礦物的主要標(biāo)志。有些礦物的條痕色與其顏色相同，例如孔雀石（鮮綠色）、自然金（金黃色）。另一些礦物的條痕色與顏色不同，例如黃鐵礦，顏色為銅黃色，而條痕色為綠黑色。

左為黃鐵礦，右為磁鐵礦自然金3.

光澤光澤是指礦物的表面反射光的能力，它是用來鑒別礦物的重要標(biāo)志之一。按礦物表面反射光的強(qiáng)弱程度，可分為金屬光澤（如黃鐵礦）、半金屬光澤（如磁鐵礦）和非金屬光澤。金屬光澤黃鐵礦方鉛礦磁鐵礦半金屬光澤黑稀金礦金剛光澤：為微透明或半透明，反射能力又很強(qiáng)的礦物所具有，如閃鋅礦，金剛石。玻璃光澤：象玻璃光面所反射的光澤。大多數(shù)透明。半透明礦物的平坦面往往具有玻璃光澤，如石英、方解石晶面上的光澤。造巖礦物絕大多數(shù)具有玻璃光澤。金剛石石英晶面油脂光澤：礦物表面象涂了一層油脂薄膜所反射出來的光澤，一般在透明、半透明礦物的粗糙表面，由于反射消散所致，如塊狀石英的斷口上的光澤。珍珠光澤：象貝殼內(nèi)部珍珠狀表面形成的彩色變幻，這是有薄片狀礦物表面或解理面上光的連續(xù)反射和干涉所致。如白云母、黑云母和蛭石。石英斷口白云母絲絹光澤：象絲線的光澤，為平行纖維狀礦物由于反射光相互干擾所致，如石棉、纖維石膏。蠟狀光澤：像石蠟表面呈現(xiàn)的光澤。如蛇紋石、滑石等致密塊體礦物表面的光澤?；呒y石纖維石膏土狀光澤：細(xì)分散的顆粒集合體，具有很多的細(xì)孔，使光線陷入孔內(nèi)，向各個方向散射，因而使礦物表面暗淡無光，如高嶺石。高嶺石4、密度礦物都有其特有的物質(zhì)構(gòu)成，因而各自具有不同的密度。如金剛石和石墨，前者的密度為3.47～3.65g/cm3，后者的密度為2.09～2.23g/cm3。大多數(shù)的礦物比正在2.5～4g/cm3之間，一般稱密度小于2.5g/cm3的礦物為輕礦物（如巖鹽、石膏等），密度大于4g/cm3的為重礦物（如黃鐵礦、磁鐵礦等）。5、硬度硬度是指礦物表面抵抗外力刻劃或摩擦的能力。用肉眼來鑒別礦物時采用所謂摩氏硬度來劃分礦物的相對硬度。它用10種硬度不同的礦物作為硬度標(biāo)準(zhǔn)，從最小到最大依次劃定為10個等級。應(yīng)該指出的是，上述等級只表示礦物間硬度的相對大小，并非意味著硬度為10的礦物比硬度為1的礦物硬10倍。實際上金剛石的硬度要比石英硬lOOO倍，比剛玉硬150倍。注意：風(fēng)化、裂隙、雜質(zhì)等會影響礦物的硬度，因此在鑒別礦物是必須在礦物的新鮮晶面或解理面上進(jìn)行。6.

透明度礦物的透明度是指礦物透過光線的能力。觀察礦物的透明度時，要使礦物樣本具有相同的厚度，肉眼觀察時可在礦物碎片的邊緣進(jìn)行。根據(jù)透光程度或礦物透明度的不同，可將所有成粗大晶體出現(xiàn)的礦物分為三類：透明礦物——如水晶、冰洲石等；半透明礦物——如滑石等；不透明礦物——如黃鐵礦，磁鐵礦等。透明半透明不透明7.解理和斷口礦物受力后沿一定方向規(guī)則開裂形成光滑分裂面的性質(zhì)稱為解理性質(zhì)，開裂形成的光滑分裂面稱為礦物的解理面。礦物晶體的這一性質(zhì)，完全由其內(nèi)部構(gòu)造所決定，而與晶體外形無關(guān)。如方解石有菱面體、柱狀體甚至完全不規(guī)則的晶體外形，但其解理同為菱面體。一組解理二組解理三組解理白云母斜長石方解石依照解理形成的難易和解理面的光滑程度，將礦物解理分為五級：①極完全解理：礦物受敲擊時，極易裂成薄片，解理面非常光滑，如云母、綠泥石等②完全解理：礦物受敲擊時，裂成塊狀或板狀，解理面平滑閃光，如方解石、巖鹽等。③中等解理：礦物被敲碎后，在其碎塊上既有平滑的解理面，又可在另外方向上出現(xiàn)不規(guī)則的斷裂面，如長石，角閃石等。④不完全解理；礦物被敲碎后，很難發(fā)現(xiàn)解理面，其解理面須在碎塊中仔細(xì)尋找，如磷灰石、橄欖石等。⑤極不完全解理：這類礦物實際上不存在解理性質(zhì)，所以被擊碎的顆粒無解理，如磁鐵礦、剛玉等。當(dāng)?shù)V物受力破壞后形成的斷裂面呈不規(guī)則狀時，則稱其為斷口。貝殼狀斷口鋸齒狀斷口參差狀斷口平坦?fàn)顢嗫凇V物節(jié)理的完全程度和斷口是互相消長的，解理完全時則不顯斷口。貝殼狀斷口8．磁性及其它特性除可按照礦物的上述物理力學(xué)性質(zhì)對其進(jìn)行鑒別之外，有些礦物還可根據(jù)其具有的一些獨(dú)特性質(zhì)來加以鑒別。磁鐵礦具有磁性；云母片具有彈性；方解石遇冷的稀鹽酸會很快起泡，而與其相像的白云石則反應(yīng)緩慢。§2.2.1巖漿巖

巖石：造巖礦物的天然集合體。一.巖漿、巖漿作用、巖漿巖

1.巖漿：地殼深處局部地段高溫、高壓的熔融物質(zhì)。

2.巖漿作用：巖漿形成、演化、運(yùn)動、直到冷凝成巖的全過程。

3.巖漿巖：巖漿冷凝后形成的巖石：噴出巖（噴出地表面）侵入巖：淺成巖（地表面至地下3km）深成巖（地下3km以下）第二節(jié)巖漿巖二.巖漿巖產(chǎn)狀巖漿巖產(chǎn)狀:侵入巖：深成巖：巖基>100平方公里巖株<100平方公里淺成巖：巖床、巖盤（順著巖層面）巖墻、巖脈（順著斷層面）噴出巖：熔巖被熔巖原（稀性巖漿）熔巖流火山錐、熔巖鐘（粘性巖漿）火山石塊>100mm附：噴出物：火山彈2-100mm

火山灰<2mm

巖漿巖的產(chǎn)狀Batholith巖基Captivemass俘虜體laccolith巖盤巖墻Rockwall巖株Volcanoneck火山頸Lavaflow巖流Sill巖床

巖漿巖礦物成分根據(jù)顏色分為：淺色礦物（硅鋁質(zhì)礦物）：石英、正長石、斜長石、白云母等深色礦物（鐵鎂質(zhì)礦物）：黑云母、角閃石、輝石、橄欖石等化學(xué)成分分類：巖漿巖的主要化學(xué)成分是SiO2

，故以其含量變化作為分類依據(jù)SiO2的百分含量45％52％65％巖漿巖的類型超基性巖礦物成分以橄欖石、輝石為主，其次有角閃石，巖石顏色深，比重大基性巖礦物成分以斜長石、輝石為主，少量角閃石和橄欖石，巖石顏色深，比重較大中性巖礦物成分以正長石、斜長石、角閃石為主，少量黑云母和輝石，巖石顏色較深，比重較大酸性巖礦物成分以石英、正長石為主，少量黑云母和角閃石，巖石顏色淺，比重輕巖漿巖結(jié)構(gòu)一、按巖石中礦物結(jié)晶程度劃分1.全晶質(zhì)結(jié)構(gòu)—巖石全部由結(jié)晶質(zhì)礦物組成，多見于深成巖和淺成巖中2.半晶質(zhì)結(jié)構(gòu)—巖石由結(jié)晶質(zhì)礦物和非結(jié)晶礦物組成，多見于淺成巖和噴出巖3.非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)(玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu))—巖石全部由結(jié)晶質(zhì)礦物組成，噴出巖結(jié)構(gòu)二、按巖石礦物顆粒絕對大小劃分1.顯晶質(zhì)結(jié)構(gòu)—巖石全部由結(jié)晶顆粒較大的礦物組成，用肉眼和放大鏡可以辨認(rèn)，根據(jù)顆粒大小又分為：粗粒結(jié)構(gòu)（粒徑>5mm）中粒結(jié)構(gòu)（粒徑2~5mm）細(xì)粒結(jié)構(gòu)（粒徑0.2~2mm）微粒結(jié)構(gòu)（粒徑<0.2mm）2.隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)—巖石全部由結(jié)晶微小的礦物組成，用肉眼和放大鏡均看不見晶粒，只有在顯微鏡下可識別，是淺成巖