工程地质岩石课件.ppt

1 岩石,1.1 地球概述1.2 矿物1.3 岩石,1.1.1 地球的层圈结构,外部层圈,atmosphere,hydrosphere,biosphere,1.1.1 地球的层圈结构,内部层圈,1.1.1 地球的层圈结构,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/cm。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。,软流圈之上之地幔顶层加上地壳合称为岩石圈,软 流 圈,地 幔,60km,250km,岩 石 圈,地 幔,地壳明显地存在上下两层：上 硅铝层，也称为花岗质层，只存在于大陆；下 硅镁层，也称为玄武质层，分布于全球。,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。根据其能量来源分为：内力地质作用(endogenic geological process)：来自地球内部（旋转能、重力能、内部辐射热能等），发生在地球内部。外力地质作用(exogenic eksudenik geological process)：太阳热能、潮汐能和生物能等，发生在地球表层。,1.1.2 地质作用geological action,内力地质作用,地表的基本构造形态地表大型的高低起伏,地壳运动（tectonism):是地壳岩石发生变形、变位的机械运动，包括水平和垂直运动。,水平挤压,水平张拉,垂直上升,垂直下降,岩浆作用magmatism：岩浆形成，上升侵入地壳或喷出地面，冷却成为岩石的全过程。,变质作用metamorphism：原岩在固态下，受化学条件的影响，改变其矿物成分、结构构造，形成新的岩石的整个转变过程。,石灰岩,大理岩,地震作用earthquake：由于地壳运动引起地球内能的长期积累,达到一定的限度突然释放时，导致地壳在一定范围内的快速颤动和震动。,汶川地震成因解析,汶川地震是印度板块惹的祸 印度板块向亚洲板块俯冲，造成青藏高原快速隆升。高原物质向东缓慢流动，在高原东缘沿龙门山构造带向东挤压，遇到四川盆地之下刚性地块的顽强阻挡，造成构造应力能量的长期积累，最终在龙门山北川映秀地区突然释放。,汶川地震成因解析,汶川地震是逆冲、右旋、挤压型断层地震 第一，发震构造是龙门山构造带中央断裂带，在挤压应力作用下，由南西向北东逆冲运动。第二，这次地震属于单向破裂地震，由南西向北东迁移，致使余震向北东方向扩张。第三，挤压型逆冲断层地震在主震之后，应力传播和释放过程比较缓慢，可能导致余震强度较大，持续时间较长。,汶川地震成因解析,汶川地震是浅源地震 汶川地震不属于深板块边界的效应，发生在地壳脆-韧性转换带，震源深度为10-20千米，因此破坏性巨大。,地质作用,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。,外力地质作用exogenic geological process 由太阳的辐射热能，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。,地质作用,外力地质作用,削 高 填 低,（1）风化作用weathering：暴露于地表的岩石受大气、水和生物等因素影响，在原地发生机械崩解或化学分解，从而形成松散或松软堆积物的过程。（2）剥蚀作用denudation di:nju:dein：风、流水、冰川、湖海水在运动状态下，对地表岩石、矿物产生的破坏作用，并把破坏了的产物搬离原地。（3）搬运作用transportation：风化与剥蚀造成的破坏产物被搬运到它处。（4）沉积作用sedimentation：搬运物在适宜场所的堆积。（5）固结成岩作用diagenesisdaidenisis：松散堆积物在上覆压力的作用下排出水分，孔隙减小并被胶接，由松散堆积物渐变为坚硬的岩石的过程，即形成沉积岩的过程。,地质作用外力地质作用,diagenesis,diagenesis,地质作用外力地质作用,一般按风化剥蚀搬运沉积固结成岩的程序进行。外力地质作用主要影响因素是：气候和地形。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。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。,地质作用,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：地表形态的雕刻师。地壳上升时，遭受剥蚀。地壳下降时，接受沉积。,工程地质作用,指由人类活动引起的地质效应。例如：采矿特别是露天开采移动大量岩体引起地表变形、崩塌、滑坡；人类在开采石油、天然气和地下水时因岩土层疏干排水造成地面沉降；特别是兴建水利工程，造成土地淹没、盐渍化、沼泽化或是库岸滑坡、水库地震。,1.2 矿物,一、基本概念 矿物(mineral)：具一定化学成分和物理性质的自然元素和天然化合物，是各种地质作用的产物，是岩石的基本组成部分。矿物都具有一定的化学成分，并可用化学式来表达，如金刚石（C）和石英（SiO2）。构成岩石的矿物称为造岩矿物。,石英,黄铁矿,方解石,1.2 矿物,一、基本概念 矿物具有确定的内部结构，即内部的原子或离子是在三维空间成周期性重复排列的，具有这种结构的称为晶体。造岩矿物绝大部分都是晶体，具有各自特定的晶体结构，当生长条件合适时，同种矿物的单个晶体往往都有自己常见的形态，称晶体习性，如针状、柱状、粒状、板状、片状等习性；由于生长空间的局限，矿物晶体往往挤在一起成集合体产出。同种矿物具有相同的晶体习性，其集合体也常具特征形态，如粒状集合体、针状集合体、鳞片状集合体等，有时表现出特殊的集合体形态，如放射柱状、钟乳状及晶腺等。,1.2 矿物,1.2 矿物,二、矿物的物理性质 1颜色、条痕（1）颜色(color)，是矿物对可见光波的吸收作用产生的。按成色原因，分为自色、他色、假色三种。自色：由矿物的化学成分和晶体结构所形成的矿物本身的固有颜色；他色：是矿物混入某些杂质所引起的颜色，与矿物的本身性质无关。假色：由矿物内部的裂隙或表面的氧化薄膜对光的折射、散射所引起的颜色。（2）条痕(streak)：矿物粉末的颜色。无釉瓷板刻画后观察，可消除假色、减弱他色，对金属矿物的鉴定有重要意义。,1.2 矿物,自色：如方铅矿的铅灰色、孔雀石的翠绿色。,他色：石英混入不同杂质而呈现不同的颜色,条痕：矿物粉末的颜色。可以消除他色、假色，对于矿物的鉴定意义较大。,如黄铜矿为浅黄铜色，但条痕为绿黑色,黄铜矿(绿黑色),辰砂(红色),赤铁矿(樱红色),1.2 矿物,二、矿物的物理性质,2.光泽(luster)指矿物表面反射光线的强弱程度。根据反射能力自强而弱分为：金属光泽、半金属光泽、金刚光泽、玻璃光泽、油脂光泽与树脂光泽、丝绢光泽、珍珠光泽和土状光泽，后六者统称为非金属光泽。,1.2 矿物,二、矿物的物理性质,金属光泽,半金属光泽,玻璃光泽,金刚光泽,油脂光泽,丝绢光泽,珍珠光泽,土状光泽,1.2 矿物,二、矿物的物理性质,3.硬度(hardness)指矿物抵抗外来刻画、压入或研磨等机械作用的能力。矿物硬度以H表示。常用刻画法来测定矿物硬度。,摩氏硬度计,“滑石方，萤磷长，石英黄玉刚金刚”。,石膏,滑石,方解石,萤石,磷灰石,长石,石英,黄玉,刚玉,1.2 矿物,二、矿物的物理性质,4.解理和断口 矿物受外力作用后，沿着一定的结晶方向发生破裂，并能裂出光滑平面的性质称解理。这些平面称解理面。解理的完善程度可分为5级 极完全：受力后极易沿解理面分裂成薄片，解理面平整光滑，如云母。完全：受力后沿解理面分裂，解理面显著且平滑，例如方解石。中等：受力后常沿解理面分裂，解理面清楚，但不很平滑。常不连续，例如辉石。,1.2 矿物,二、矿物的物理性质,4.解理和断口 不完全：受力后沿解理面分裂较为困难，仅断续见到不明显的解理面，解理面不平滑，例如橄榄石。极不完全（无解理）：受力后极少沿解理面分裂，仅在显微镜下偶而可见零星的解理面，例如石英。晶质矿物的解理，是鉴定矿物的特征之一。,1.2 矿物,二、矿物的物理性质,4.解理和断口 如果矿物受外力作用，在任意方向破裂并呈各种凹凸不平的断面（如贝壳状、锯齿状）则这样的断面称为断口。,贝壳状,锯齿状,参差状,1.2 矿物,二、矿物的物理性质,5.密度 矿物密度变化幅度很大，123（g/cm3）多数矿物密度中等，介于2.54之间。6.弹性、挠曲和延展性 受外力作用后发生变形，外力接触后能够恢复原状的性质称弹性，反之称挠性。具有延展性的材料可以锻打成片、拉成丝；不具有延展性的材料在外力作用下容易破碎、断裂。说明：大部分金属都具有延展性。常见的玻璃、陶瓷等材料不具有延展性。实际应用中需要改变物体的形状，则应选用延展性好的材料。,1.2 矿物,三、常见矿物,地壳中目前已发现的矿物有3000余种，常见矿物约二三百种，但主要造岩矿物不过数十种，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。,长石：地壳中最常见的矿物就是长石，甚至在月球上和陨石中也常见到它们。长石是构成火成岩的主要成分，在变质岩和沉积岩中也很常见。是一种含有钙、钠、钾的铝硅酸盐矿物，它有很多种，如钠长石、钾长石、钡长石、透长石等。它们都具有玻璃光泽，颜色多种多样，有无色的，有白色、黄色、粉红色、绿色、灰色、黑色等等。有些透明，有些半透明。长石本身应该是无色透明的，之所以有色或不完全透明，是因为含有其他杂质。有些成块状，有些成板状、有些成柱状或针状等等。一般在火成岩和变质岩中存在的长石都很小，只有0.110毫米，在斑岩中可达510厘米，而在伟晶岩中有的可达数十米。长石是陶瓷和玻璃工业的原料。有的长石具有美丽的变彩或晕色，可被用作宝玉石的材料。,1.2 矿物,三、常见矿物,1.2 矿物,三、常见矿物,石英是广泛分布的一种二氧化硅矿物，它有许多变种，统称为石英族。石英的变种中有许多作为宝石被人们所熟悉，人们把它们叫作水晶。如紫水晶、黄水晶、烟水晶、蔷薇水晶等等。纯净的石英是透明无色的，如果含有其他元素，则会呈现很多不同的颜色。因此，石英的颜色是多种多样的。石英晶体聚集在一起形成粒状、块状或一堆晶簇，但也有的石英晶体可达数吨。石英是最重要的造岩矿物，很多岩石中都有石英的成分，如花岗岩、片岩、砂岩等等。,1.2 矿物,三、常见矿物,云母是一类含水的钾铝硅酸盐矿物的总称，它们有一个共同的特点就是具有层状构造。云母有很多种，如黑云母、珍珠云母、白云母、钠云母、金云母等等。云母在火成岩、沉积岩和变质岩这三大类岩石中都存在，是常见的一种矿物。云母的层状结构可以使它们很容易地被剥离成一片片的薄片，这也使它们很容易被我们辨别。云母一般多为板状、柱状，它的颜色可以是无色透明的、多种浅色的，同时还会具有玻璃光泽、丝光等。云母有着多种工业用途，常被用于绝缘材料、绝热材料。,1.2 矿物,三、常见矿物,方解石是一种碳酸钙矿物，是一种分布很广的矿物。方解石的晶体形状多种多样，其集合体可以是一簇簇的晶体，也可以是粒状、纤维状、钟乳状、等等。敲击方解石可以得到很多方形碎块，故名方解。方解石的色彩因其中含有的杂质不同而变化，但一般多为白色或无色。无色透明的方解石也叫冰洲石，这样的方解石有一个奇妙的特点，就是透过它可以看到物体呈双重影像。因此，冰洲石是重要的光学材料。方解石是石灰岩和大理岩的主要矿物。我们知道石灰岩可以形成溶洞，洞中的钟乳石、石笋等其实就是方解石构成的。,1.2 矿物,三、常见矿物,高岭石是长石和其他硅酸盐矿物天然蚀变的产物，是一种含水的铝硅酸盐，属于粘土矿物。高岭石为或致密或疏松的块状，一般为白色，如果含有杂质便呈米色。高岭石经风化或沉积等作用变成高岭土，而高岭土则是制作陶瓷的原料。除此以外，高岭土还可作化工填料、耐火材料、建筑材料等等，用途十分广泛。中国江西的景德镇有一个高岭村，这里盛产高岭土，故名。,1.2 矿物,三、常见矿物,黄铁矿是铁的二硫化物，它的样子像是金块，因此被人们称为“愚人金”。纯黄铁矿中含有46.67%的铁和53.33%的硫。一般将黄铁矿作为生产硫磺和硫酸的原料，而不是用作提炼铁的原料，因为提炼铁有更好的铁矿石。黄铁矿分布广泛，在很多矿石和岩石中包括煤中都可以见到它们的影子。一般为黄铜色立方体样子。黄铁矿风化后会变成褐铁矿或黄钾铁矾。,1.2 矿物,三、常见矿物,铁矿石：在大自然中，我们见不到纯净的铁，它们都与其他元素混合在起，以铁矿的形式存在着。最重要的铁矿有赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿和菱铁矿。,褐铁矿,磁铁矿,菱铁矿,赤铁矿,1.2 矿物,三、常见矿物,橄榄石：橄榄石的成分为镁铁硅酸盐，硬度为6.5-7，呈特征的橄榄绿色，呈现玻璃光泽，双折率，可见明显双影现象。品种不一样，它们的颜色也不一样，有绿色到柠檬黄色，有褐黑色、茶色、红色甚至无色等等。但它们都具有玻璃光泽或松脂光泽。橄榄石是岩浆成为岩石后形成的第一代矿物，所以科学家可以用它来研究当初岩浆的成分。橄榄石能经受1500摄氏度高温，可以当作耐火材料。透明的橄榄石叫黄电气石，是可以当作宝石的。橄榄绿，一种淡绿-黄绿的颜色。这种颜色是这样的稳定单纯，只有绿色深浅的变化，,1.2 矿物,三、常见矿物,石榴子石：石榴子石化学通式为A3B2SiO43，晶体属等轴晶系的一族岛状结构硅酸盐矿物的总称。化学式中A代表二价阳离子，主要有镁、铁、锰和钙等；B代表三价阳离子，主要有铝、铁、铬、钛等。石榴子石按成分特征，通常分为铝系和钙系两个系列。铝系矿物成员有：紫红色、玫瑰红色镁铝榴石；红褐色、橙红色铁铝榴石；深红色锰铝榴石。钙系矿物成员有：黄褐色、黄绿色钙铝榴石；棕、黄绿色钙铁榴石；鲜绿色钙铬榴石。石榴子石晶形好，常呈菱形十二面体、四角三八面体或两者的聚形体，集合体呈致密块状或粒状。颜色变化大（深红、红褐、棕绿、黑等），无解理，断口参差状，玻璃光泽至金刚光泽，断口为油脂光泽，半透明。摩氏硬度6.5-7.5，比重3.32-4.19。性脆。,1.2 矿物,三、常见矿物,蛇纹石：是一种含水的富镁硅酸盐矿物的总称，如叶蛇纹石、利蛇纹石、因为它们往往是青绿相间像蛇皮一样，故此得名。摩氏硬度在2.5至4之间。蛇纹石的结构常会有卷曲状，像纤维一样。这样的蛇纹石常被当作石绵用。块状或纤维状的蛇纹石都会具有光泽，块状如蜡，纤维状如丝。人们将蛇纹石当作建筑用材料，有些可当作耐火材料，颜色好看的还可以制成装饰品或工艺品。除此以外，蛇纹石还可用来制造化肥。,1.2 矿物,三、常见矿物,蛇纹石：,第二节 矿物,三、常见矿物,绿泥石：通常所称的绿泥石是富含镁铁质的绿泥石。晶体呈假六方片状或板状，薄片具挠性。集合体呈鳞片状、土状。浅绿至深绿色。玻璃光泽或珍珠光泽，透明至不透明。一向最完全解理。摩氏硬度2-2.5，比重2.6-3.3。鉴定特征：绿泥石与云母极相似，但前者具有特征的绿色，有挠性而无弹性。绿泥石是一些变质岩的造岩矿物。火成岩中的镁铁矿物如黑云母、角闪石、辉石等在低温热水作用下易形成绿泥石。,赤铁矿 Fe2O3,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。,复习思考题1.说明地球的内、外圈层构造。2.说明地质作用的概念、类型。3.内力地质作用分为哪些类型？哪种作用占主导地位？4.外力地质作用有哪些营力？按什么程序进行？5.外力地质作用的主要影响因素是什么？6.举例说明不同气候区各有哪些地质作用？7.说明内力地质作用和外力地质作用的关系。8.矿物的主要性质有哪些？在标本上如何认识？,