第一章绪论及第二章岩石ppt课件.ppt

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1、绪 论,工程地质学的基本概念,工程地质条件,工程地质问题,课程主要内容,学习要求,工程地质学的基本概念,是介于地学与工程学之间的一门边缘交叉学科，它研究土木工程中的地质问题，也就是研究在工程建筑设计、施工和运营的实施过程中合理地处理和正确地使用自然地质条件和改造不良地质条件等地质问题的学科。工程地质学是为了解决地质条件与人类工程活动之间矛盾的一门实用性很强的学科,工程地质学地质学工程学,相互关系 地质条件工程建设,地质条件与人类工程活动之间矛盾,1. 地质环境对工程活动的制约作用。 即地质条件以一定的作用方式影响工程建设。 如：地震、软土地基、岩溶洞穴、滑坡、崩塌 2. 人类的工程活动又反作用

2、于地质环境。如：大量抽取地下水引起地面沉降、海水入侵；水库修建诱发地震； 人工开挖引起边坡破坏；,工程地质条件,在工程地质学中由于地质因素对工程建筑的利用和改造有影响，因而把这些地质因素综合称为工程地质条件，建筑场地及其邻近地区的地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质、自然地质作用与现象等都是工程地质条件所包含的因素。,工程地质问题,工程地质条件与工程建设之间的矛盾问题,THE PROBLEMS OF ENGINEERING GEOLOGY,*地震*,EARTHQUAKE,1998年台湾大地震后造成水坝损坏,*火山喷发*,VOLCANO,*风化作用*,WEATHERING,*滑坡与崩塌*,LA

3、NDSLIDE & ROCKFALL,1985年6月12日晨3时52分，湖北省秭归县新滩滑坡再次复活，体积达3000万m3，一举摧毁新滩古镇，产生了震级Ms1级的滑坡地震。滑坡入江体积达260万m3 ，使长江过水断面(水位65m时)缩小了三分之一。滑坡滑速约每秒10m(最高每秒31m)，造成长江涌浪初始高度达3339m，最大爬坡高度为49m。由于事前对滑坡进行了勘查研究和监测，及时捕捉到短临前兆，预报成功，并果断组织居民撤离，使滑坡区内1371人无一伤亡。但滑坡摧毁民房1569间、农田780亩、柑桔树53万株，波浪翻船和沉船77艘，死亡12人，总计经挤损失近千万元。,新滩古镇,消防官兵和几名专

4、家正冒险在勘探被掩埋的铁矿矿井口,重庆武隆山体滑坡-2009.6.6,*泥石流*,MUD-ROCK FLOW,“莫拉克”带来的灾难,华蓥山溪口泥石流,*岩溶*,KARST,九寨童话世界,树正瀑布西游记序幕,黄龙瑶池仙境,*特殊土*,PARTICULAR SOIL,治理前 2001年治理后,膨胀土边坡失稳掩埋铁路线,膨胀土边坡护坡,发展历程,工程地质学诞生于1932年，莫斯科地质勘探学院成立了第一个工程地质教研室，并创立了比较完善的工程地质学体系，这标志着学科的诞生。在我们国家发展起来是在新中国成立以后，随着国家经济建设的发展而发展的，为了适应社会主义事业建设需要，在水利水电、工业与民用建筑、铁

5、路公路及国防工程等部门都积极开展工程地质工作，特别是水利建设方面，如举世瞩目的长江三峡工程、南水北调工程，地质工作者解决了许多极其复杂的工程地质问题。近20年来，是我国工程地质学的高速发展时期，研究水平与世界同步，并具有了自己的特色。,课程主要任务,评价建筑工程场地的工程地质条件；正确认识现在，预测工程建设项目的修筑对地质环境的影响以及地质环境对即将修建的工程项目的影响；提出防治不良地质现象的措施，为工程项目的设计提供所需的工程地质参数。,课程主要内容,矿物与岩石 地质构造及其对工程的影响 土的工程特征 地下水 工程地质勘察 不良地质现象的工程地质问题 建筑工程的工程地质问题,学习要求,1、系

6、统地掌握工程地质的基本理论和知识，能正确运用勘察数据和资料进行设计与施工。 2、能根据工程地质的勘察成果，能运用已学过的工程地质理论和知识，进行一般的工程地质问题分析及对不良地质现象采取处理措施。 3、了解工程地质勘察的基本内容、方法和过程，各个工程地质数据的来源、作用以及应用条件，对中小型工程能够进行一般的工程地质勘察。 4、把学到的工程地质学知识与专业知识和其他课程知识密切联系起来，去解决工程实际中的工程地质问题。,第 2 章岩石的成因类型及其工程地质特征,序言,地球 是宇宙间沿着近似圆形的轨道绕太阳公转的一个行星。根据现有资料知道：地球的赤道半径（a）为6378.4km，两极半径（b）为

7、6365.9km。地球的扁平率为1/297,地球的内部构造： 是由化学成分、密度、压力、温度等不同的圈层所组成，具有同心圆状的圈层构造。依各圈层的特点可分为：地壳、地幔、地核（如图1-1）。,地壳：地球的固体外壳叫做地壳。 厚度：大陆上厚的70多km，海洋里薄的仅10多km，平均厚度在33km左右。 化学组成：组成地壳的化学成分有100多种，其中含量最多的是如表所列几种： 硅铝主要分布在地壳上部，即为硅铝层，其厚度不一，大陆上厚，海洋底薄，太平洋底大部缺失。 硅镁成分主要分布在地壳下部，即为硅镁层，其中铁的成分有所增加，铝的成分有所减少。,地幔： 处于地壳和地核中间，也称中间层或过渡层， 根据

8、化学成分的不同分两层： 地幔上层-化学成分主要是硅氧，其中铁、镁、钙显著增加，硅铝的成分有所减少，也称橄榄层。 地幔下层-主要是金属氧化物和硫化物组成。 地核: 主要化学成分是铁、镍，所以又称铁镍核心,2.1 主要造岩矿物,矿物的基本概念 矿物的物理力学性质 常见的造岩矿物,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和化合物，称为矿物。 造岩矿物: 构成岩石的矿物，称为造岩矿物。 结晶质: 组成矿物的元素质点（离子、原子或分子），在矿物内部按一定的规律排列，形成稳定的结晶格子构造，在生长过程中如条件适宜，能生成具有一定几何外形的晶体。 次生矿物: 当外界条件改变

9、到一定程度后，矿物原来的成分、内部构造和性质就会发生变化，形成新的矿物称为次生矿物。,石英晶体,金刚石晶体在岩石上,矿物的物理力学性质,矿物的物理力学性质，决定于矿物的化学成分和内部构造。由于不同矿物的化学成分或内部构造不同，因而反映出不同的物理力学性质。所以，矿物的物理力学性质，是鉴别矿物的重要依据。,（一） 光学性质 1颜色 矿物的颜色，是矿物对可见光波的吸收作用产生的。按成色原因，有自色、他色、假色之分。 自色：是矿物固有的颜色，颜色比较固定。 一般来说，含铁，锰多的矿物，如黑云母、普通角闪石、普通辉石等，颜色较深；含硅、铝、钙等成分多的矿物，如石英、长石、方解石等，颜色较浅。,黑云母花

10、岗岩,角闪石,粉红方解石晶簇,正长石,钾长石,柱状石英晶簇,他色：是矿物混入了某些杂质所引起的，与矿物的本身性质无关。他色不固定，对鉴定矿物没有很大意义。 假色：是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。如方解石解理面上常出现的虹彩；斑铜矿表面常出现斑驳的蓝色和紫色。,2光泽 矿物表面呈现的光亮程度，称为光泽。它是矿物表面的反射率的表现。 按其反射强弱程度，分金属光泽 、半金属光泽和非金属光泽。 造岩矿物绝大部分属于非金属光泽。 玻璃光泽：反光如镜，如长石、方解石解理面上呈现的光泽。 珍珠光泽：象珍珠一样的光泽，如云母等。 丝绢光泽：纤维状或细鳞片状矿物，形成丝绢般的光泽，

11、如纤维石膏和绢云母等。 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。 蜡状光泽：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。 土状光泽：矿物表面暗淡如土，如高岭石等松细粒块体矿物表面所呈现的光泽。,3条痕 矿物在无釉瓷板上摩擦时所留下的粉末痕迹，它是指矿物粉末的颜色。对不透明矿物的鉴定很重要。,（二）力学性质 1硬度 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。 在鉴别矿物的硬度时，是用两种矿物对刻的方法来确定矿物的相对硬度。 摩氏硬度计： 是硬度对比的标准，从软到硬依次由下列10种矿物组成，称为摩氏硬度计。 （1）滑石（2）石膏（3

12、）方解石（4）萤石 （5）磷灰石 （6）正长石（7）石英（8）黄玉（9）刚玉（10）金刚石,2 解理、断口 矿物受打击后，能沿一定方向裂开成光滑平面的性质，称为解理 。裂开的光滑平面称为解理面。不具方向性的不规则破裂面，称为断口。 不同的晶质矿物，由于其内部构造不同，在受力作用后开裂的难易程度、解理数目以及解理面的完全程度也有差别。 根据解理出现方向的数目，有一个方向的解理，如云母等； 有两个方向的解理，如长石等； 有三个方向的解理，如方解石等。,据解理的完全程度，可将解理分为以下几种： 极完全解理极：易裂开成薄片，解理面大而完整，平滑光亮，如云母。 完全解理：沿解理方向开裂成小块，解理面平整

13、光亮，如方解石。 中等解理：既有解理面，又有断口，如正长石。 不完全解理：常出现断口，解理面很难出现，如磷灰石。 矿物解理的完全程度和断口是互相消长的，解理完全时则不显断口。,（三）形态特征 由于矿物的化学成分、内部排列构造不同，其外形特征也不同。 1单体矿物形态： 单向延长类型：晶体向一个方向发育，形成柱状、针状、纤维状。如纤维状石膏、角闪石等； 双向延长类型：晶体向两个方向发育，形成板状、片状。如板状石膏、云母、重晶石等； 三向延长类型：晶体向三个方向发育，形成立方体、八面体等。如黄铁矿、橄榄石。,板状石膏,重晶石,2 集合体的形态： 晶簇：在岩石空洞或裂隙中以共同的基底生长许多单晶。如石

14、英晶簇、方解石晶簇； 纤维状：由许多针状矿物或柱状矿物平行排列。如纤维石膏； 粒状：大小略等，不具一定规律，聚合而成的形状。 鲕状：胶体围绕一个质点凝聚而成一个结核，形似鱼卵。如鲕状赤铁矿； 钟乳状：石钟乳、石笋等； 土状：细小颗粒聚集体的形状。如高岭土； 块状：无特征；如蛋白石等。,高岭土,蛋白石,纤维石膏,鲕状赤铁矿,（四）其他性质 如滑石的滑腻感，方解石遇盐酸起泡等，都可作为鉴别这种矿物的特征。,常见的造岩矿物,矿物的鉴定方法： 1. 主要是运用矿物的形态以及矿物的物理性质等特征来鉴定的。一般可以先从形态着手、然后再进行光学性质、力学性质及其他性质的鉴别。 2. 对矿物的物理性质进行测定

15、时，应找矿物的新鲜面，这样试验的结果才会正确，因风化面上的物理性质已改变了原来矿物的性质，不能反映真实情况。 3.在使用矿物硬度计鉴定矿物硬度时，可以先用小刀（其硬度在5度左右），如果矿物的硬度大于小刀，这时再用硬度大于小刀的标准硬度矿物来刻划被测定的矿物，以便能较快的进行。 4. 在自然界中也有许多矿物，它们之间在形态、颜色、光泽等方面有相同之处，但一种矿物确具有它自己的特点，鉴别时应利用这个特点，即可较正确地鉴别矿物。,黄铁矿,石英,方解石,冰洲石,橄榄石,绿泥石,蛇纹石,石榴子石,蒙脱石,2.2 岩石,自然界中的岩石按成因分类： 岩浆岩：由岩浆冷凝固结而成的岩石 沉积岩：它是由地壳风化产

16、物、生物有关物质、火山碎屑物等，在外营力作用下搬运、沉积、固结而成 变质岩：由岩浆岩、沉积岩经变质作用转化而成的岩石,2.2.1 岩浆岩,概述 岩浆岩的产状 岩浆岩的矿物成分 岩浆岩的结构、构造 常见的岩浆岩,岩浆岩的元素成分： 主要有SiO2、TiO2、A1203、Fe203、FeO、MgO、 MnO、CaO、K2O、Na2O等。 岩浆（根据SiO2含量的多少），分为： 基性岩浆：富含钙、镁、铁，贫钾和钠，粘度小，流动性大； 酸性岩浆：富含钾、钠、硅，贫钙、镁、铁，粘度大，流动性小；,根据岩浆岩冷凝时地质环境不同，分为三大类： 深成岩：岩浆侵入到距地表约3km处冷凝而成的岩石，由于压力和温度

17、较高，温度降低慢，岩石中的矿物结晶好； 浅成岩：距地表较浅处冷凝成岩，岩石中矿物结晶细小； 喷出岩（火山岩）：喷出地表后冷凝成岩，矿物来不及结晶或结晶较差。,2.岩浆岩的产状,岩浆岩的产状是反映岩体空间位置与围岩的相互关系及其形态特征。 岩浆岩的产状：岩基，岩株，岩盘，岩床，岩脉。,岩基： 深成巨大的侵入岩体，范围很大，常与硅铝层连在一起。形状不规则，表面起伏不平。与围岩成不谐和接触，露出地面大小决定当地的剥蚀深度。 岩株： 与围岩接触较陡，面积达几平方公里或几十平方公里，其下部与岩基相连，比岩基小。,岩盘： 岩浆冷凝成为上凸下平呈透镜状的侵入岩体，底部通过颈体和更大的侵入体连通，直径可大至几

18、千米。 岩床： 岩浆沿着成层的围岩方向侵入，表面无凸起，略为平整，范围一米至几米。 岩脉： 沿围岩裂隙冷凝成的狭长形的岩浆体，与围岩成层方向相交成垂直或近于垂直。另外，垂直或大致垂直地面者，称为岩墙。,3.岩浆岩的矿物成分,（1）岩浆岩中的矿物分类（按颜色） 浅色矿物： 长石、石英、白云母等深色矿物： 角闪石、辉石、黑云母等,（2）岩浆岩的分类（按SiO2含量）： 酸性岩类：SiO2含量65%，矿物以石英、正长石为主，含少量黑云母和角闪石，颜色浅，比重轻。,中性岩类：SiO2含量52%65%，矿物以正长石、斜长石、角闪石为主，含少量黑云母及辉石，颜色较深，比重较大。,基性岩类：SiO2含量45

19、%52%，矿物以斜长石、辉石为主，含少量角闪石及橄榄石，颜色深，比重大。,超基性岩类：SiO2含量45%，矿物以橄榄石、辉石为主，含少量角闪石，颜色很深，比重很大。,酸性火山岩流纹岩,中性火山岩-安山岩,基性火山岩玄武岩,金伯利岩,4.岩浆岩的结构和构造,（1）结构：指组成岩石的矿物的结晶程度、晶粒大小、形状及其相互结合的情况。 岩浆岩的结构特征，是岩浆成分和岩浆冷凝时物理环境的综合反映。按矿物结晶程度可分为以下三类结构： 全晶质结构 半晶质结构 非晶质结构（或称玻璃质结构）,全晶质结构：岩石全部由结晶的矿物颗粒组成。主要为深成岩和浅成岩的结构，部分喷出岩有时也具有这种结构。 半晶质结构：岩石

20、由结晶的矿物颗粒和部分未结晶的玻璃质组成。主要为浅成岩的结构，有时喷出岩也能看到这种结构。 非晶质结构：岩石全部由熔岩冷凝的玻璃质组成。为部分喷出岩具有的结构。,按矿物颗粒相对大小分： 等粒结构（全晶质）：同一种矿物的结晶颗粒大小近似者。 似斑状结构（全晶质）：岩石中的同一种主要矿物，其结晶颗粒大小悬殊。其中晶形比较完好的粗大颗粒称为斑晶，小的结晶颗粒称为石基。 斑状结构（半晶质）：由结晶颗粒和基质组成。,花岗岩的似斑状结构,按矿物颗粒绝对大小分（全晶质）： 粗粒结构：矿物的结晶颗粒大于5mm； 中粒结构：矿物的结晶颗粒52mm； 细粒结构：矿物的结晶颗粒20.2mm； 微粒结构：矿物的结晶颗

21、粒小于0.2mm。,（2）构造：指矿物在岩石中的组合方式和空间分布情况。 岩浆岩构造的特征，主要取决于岩浆冷凝时的环境。岩浆岩最常见的构造主要有：块状构造、流纹状构造、气孔状构造、杏仁状构造。,块状构造：矿物在岩石中分布杂乱无章，不显层次，呈致密块状。如花岗岩、花岗斑岩等一系列深成岩与浅成岩的构造。 流纹状构造：由于熔岩流动，由一些不同颜色的条纹和拉长的气孔等定向排列所形成的流动状构造。这种构造仅出现于喷出岩中，如流纹岩所具的构造。,气孔状构造：岩浆凝固时，挥发性的气体未能及时逸出，以致在岩石中留下许多圆形、椭圆形或长管形的孔洞。气孔状构造常为玄武岩等喷出岩所具有。 杏仁状构造：岩石中的气孔，

22、为后期矿物（如方解石、石英等）充填所形成的一种形似杏仁的构造。如某些玄武岩和安山岩的构造。气孔状构造和杏仁状构造，多分布于熔岩的表层。,岩浆岩如何鉴定命名？,如：一岩石，肉红色，风化面上黄色。块状构造，中粒结构。主要矿物成分是石英、正长石、斜长石，含少量黑云母。石英：无色，粒状，断口油脂光泽，含量约25%正长石：肉红色，板状，解理完全，玻璃光泽，在有的颗粒上有时可见聚片双晶，含量约为15%左右斜长石：灰白色，板状，解理完全，玻璃光泽，在有的颗粒上有时可见聚片双晶，含量约为15%左右。黑云母：黑色，片状，解理完全，具珍珠光泽，可用小刀剔出小片，含量约为3%。尚有磁铁矿等副矿物。,5.常见的岩浆岩

23、,闪长岩,辉长岩,流纹岩,杏仁安山岩,多泡玄武岩,辉绿岩,2.2 岩 石 2.2.2 沉积岩,主要内容,沉积岩成因 沉积岩的物质组成、分类 沉积岩的结构构造 常见的沉积岩,一、沉积岩的成因 成岩环境：地表 温度不高 压力不大 成岩过程：岩石-风化-分解成碎屑或粘土矿物-搬运-沉积-压密、胶结、重结晶-成岩,二、物质组成与分类 1.物质组成： 碎屑物质（物理风化作用产生） 原生矿物碎屑：石英、长石、云母等 粘土矿物（化学风化作用产生） 次生矿物：高岭石、水云母等亲水矿物 化学沉积矿物（纯化学作用或生物化学作用） 溶液中产生：方解石、石膏、石盐等 有机质及生物残骸（有机化学变化而成） 贝壳、泥碳等

24、其他物质,2.沉积岩的分类 碎屑岩类：碎屑物质组成 砾岩、砂岩、粉砂岩等 粘土岩类：粘土矿物组成 泥岩、页岩等 化学及生物岩类：灰岩、白云岩,细砾岩,粉砂岩,泥岩,页岩,石灰岩,白云岩,三、结构和构造 1.结构：物质组成、颗粒大小及其形状等方面的特点。 碎屑结构 泥质结构 结晶结构 生物结构,（1）碎屑结构：碎屑+胶结物,按碎屑大小分 砾状结构：粒径大于2mm 砂质结构：粒径介于0.052mm 粗粒结构： 0.52mm 中粒结构： 0.250.5mm 细粒结构： 0.050.25mm 粉砂质结构：粒径介于0.0050.05mm,按胶结物成分分 硅质胶结：石英及其他二氧化硅胶结 颜色浅、强度高

25、铁质胶结：铁的氧化物及氢氧化物胶结 颜色深（红色）、强度次于硅质胶结 钙质胶结：方解石、碳酸钙等胶结 颜色浅、强度低 泥质胶结：粘土矿物胶结 颜色不定，强度最低,（2）泥质结构：全部为粒径小于0.005mm 的粘土矿物构成。泥岩、页岩等 （3）结晶结构：在溶液中沉淀重结晶 灰岩、白云岩等 （4）生物结构：由生物遗体或碎片组成 贝壳结构、珊瑚结构,2. 沉积岩的构造：组成成分的空间分布及其相互间的排列关系,层理构造为沉积岩的主要构造 沉积环境变化，导致岩石的颗粒大小、形状、颜色、成分上发生变化，从而具有成层性-称为层理构造。 水平层理 斜层理 交错层理,层面：层与层之间的界面 特征：波痕、雨痕、

26、泥裂等 生物化石 岩层：两个层面间成分基本均匀一致的岩 石。 岩层的形态：正常层、夹层、变薄、尖灭、 透镜体,四、常见的沉积岩,火山碎屑岩,2.2.3 变质岩,主要内容： 变质岩的概念 变质作用的因素 变质岩的特征（矿物成分、结构构造） 常见的变质岩,一、变质岩的概念,变质岩是由原来的岩石（岩浆岩、沉积岩、变质岩）在地壳中受到高温、高压及化学成分加入的影响，在固体状态下发生矿物成分及结构构造变化后形成的新的岩石。,二、变质作用的因素,1.高温 作用： 促使岩石发生重结晶，形成新的结晶结构（如石灰岩-大理岩） 促使矿物间的化学反应，生成变质矿物 热源：炽热的岩浆 地壳深处的高温 构造运动带来的热

27、能,2.高压 压力的来源： 上覆岩层重量产生的静压力 构造运动或岩浆活动产生的横向挤压力 高压的作用：空隙减小，变得致密 塑性增强，比重变大 岩石发生变形破裂（碎裂结构） 形成片理构造,3.新的化学成分的加入 作用：形成新的变质矿物 来源：岩浆活动的热液和挥发性气体 注：上述各原因是共同作用的。,三、变质岩的一般特征,1.矿物成分 原岩矿物：石英、长石、云母等 变质矿物：滑石、绿泥石、蛇纹石等 2.结构 一般是结晶结构，是由于重结晶而成 （变晶结构、变余结构） 3.构造：主要为片理构造和块状构造。 （板状构造、千枚状构造、片状构造、片麻状构造）,石榴石片岩,蓝闪石片岩,白云钾长片麻岩,板岩,四、常见的变质岩,大理岩,石英岩,