第一章矿物岩石 (6学时+4学时实验) 第一节概述(0.5hr) 固体地球具有类似煮熟的鸡蛋一样的内部结构,最外层相当于蛋壳部分的主 要由岩石及其风化产物构成的部分称为地壳,它是各类工程建筑的场所,也是地 质学研究的主要对象,因此,了解一些这部分地球的物质组成,结构构造特点是 有重要意义的。 一、地球内部结构 大气圈、水圈、生物图称为地球的三个外部层图。在固体地球内部,也存在 着者三个连续的层圈。人类对这些层圈的探索由来已久(1906-1970),有前苏联科 拉半岛18km超深钻,目前我国江苏北部5km大陆壳计划等,但探索深度较之 6370km的地球半径都是微不足道的,人类对地球内部结构的了解,还只有依据 一些间接方法,其中主要是地震波方法获取。 依纵、横地震波在传播性质(速度)的变化将固休地球内部划分为地壳、地 幔、地核三个层图。 1.地壳:地表以下,平均厚度 莫霍面 33km范围内的地球部分,其中洋壳 厚仅6km士,而陆壳最厚处可达70 余km,地壳的主要化学成份为0、Si、 Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti、H等 物质组成以矿物和岩石为主,地壳底 部是一个波速不连续界面称莫霍面, 古登堡血 在该面以下即进入地幔部分。 地 2.地幔:莫霍面以下至2900km 的地球部分称地幔,地幔上部分约 60-250km范围是一个塑性流动层称为“软流层”。大陆漂移、板块运动都被认为
是软流层以上的固态地球部分(称岩石图)“坐”在软流层物质上发生运动的结 果。 地幔主要化学成分是:O、g、Sc、Fe、Ca、Al、Na、Ti、Cr、Mn等,其物 质密度高出地壳一倍(5.6g/cm)以上。 3.地核:2900km处的波速不连续界血称为古登堡面(美国地质学家),以下 直至地心6370km处的地球部分称为地核。一般认为地核外层为液态,中间为固 液混合态,内层则又成为固态。化学成份中下、Ni比例极高,物质密度高达 13g/cm(近似汞). 二、地壳岩石类型 地壳是地质学研究的主要对象,其物质成份主要包括矿物和岩石两大类(土 壤及其母质是一种松散岩石),自然界矿物多达3300余种,而岩石则从成因上可 分为: 1.岩浆岩:岩浆侵入地下浅层或直接 喷出地表冷却形成的岩石。 2.沉积岩:松散沉积物在低洼盆地 (多为水盆地)中堆积固结而成。 3.变质岩:各类已有岩石在保持整体 周态情况下成份、结构构造发生变化而 成。 三类岩石在空间分布位置上的顺序上:沉积岩在最上层,其下是变质岩,而 岩浆岩呈不定形状穿插分布于上述两大类岩石的各种裂隙中。 第二节矿物(1.5hr) 地壳中的三大类岩石尽管成因不同,但其基本的物质 构成单元都是矿物。自然界有3300余种矿物,其中绝大 多数是结品(品体)矿物,即理想状态下可形成规则几何 外形的矿物。 矿物:是由地质作用所形成的天然的单质或化合物。 石盐晶体
一、矿物的物理识别特征 无论是室内还是野外,特定化学成份的矿物都表现出特殊的物理特征,我们 可以依据此特征对矿物加以识别。矿物的物理特征依据其属性可区分为形态特 征,光学特征和力学特征。 1.矿物形态 可从两方面区分:一单体:一种矿物的一个完整晶体 集合体:同种矿物的多个单体集合产出。 (1)单体形态:依据刊矿物个体在三维坐标上生长发育的程度分: 针柱状矿物:晶体仅沿一个坐标轴生长,其余两轴受抑制,如石棉、绿柱石 等。 片、板状矿物:晶体仅沿两个坐标轴呈面状生长,如云母、片状石膏、石墨 等 、粒状矿物:晶体沿三个坐标近似等速等量生长,如石英、下S、石榴子石等。 (2)集合体形态 束针状、纤维状、放射状、晶族等。 ①肉眼可见单体(显晶)集合体 (鳞)片状集合体 粒状集合体 ②肉眼不可见单体(隐晶)集合体 结核状、树枝状、网纹状、葡萄状、豆状、肾状、鲕状等。 2.矿物的光学特征 主要包括矿物的颜色、条痕的光洋三类。 (1)颜色:是矿物对白光中不同光波吸收反射的结果。从成因上可分为自 色(本色)、他色(杂质色)和假色(物理干扰色)。可物本色的形成机理主要是
可变价离子核外电子轨道电子跃迁释能的结果。常见呈色离子包括: F”一赤红色(赤铁刊矿、紫牙乌等、Ti”一绿色(钛金云母)、Cr 绿色(祖母绿、裴翠)、M”—蔷薇红色(菱锰矿) (2)条痕:即矿物粉末的颜色,一般指不透明矿物在白色索瓷板上划擦后 留下的条痕颜色,具有突现自色,抑制他色,消除假色的作用。 赤铁矿(红色) 锫铁矿(钢灰色)了条痕一致为樱桃红色,显示化学成份一致。 黄铁矿(粒状铜黄色) 一一条痕黑色→可明确区分 黄铜矿(粒状铜黄色)了一一条痕墨绿色 (3)光洋:矿广物打光面反射和折射可见光的能力。按折射率从小到大,反 射率从大到小可将光泽从强到弱区分为4个标准级别: 金属光洋(方铅矿、黄F矿)·半金属光洋(磁铁矿)→金刚光泽(闪锌 矿)→玻璃光泽(长石、石英), 当矿物表面不平整或以集合体形式出现时,可呈现特殊的光泽,包括: 丝绢光泽:透明半透时纤维状矿物,如石棉、石膏、角闪石。 油脂光洋:透明矿物断裂面上,如石英、锡石等。 珍珠光泽:透明矿物的极完全解理面上,如云母、蛭石。 蜡状光洋:半透明矿物的非晶质形式,如蛇纹石、叶脂石等 土状光洋:即无光泽,如高岭石、褐铁矿等。 3.矿物的力学性质 主要包括矿物的解理和使度两大类特征。 (1)*解理:矿物晶体在外力作用下,严格按一定结晶方向破裂出光滑平 整面的性质。 依据解理面出现的难易程度(比例)可将解理分为五种类型: ①极完全解理:外力作用下极易剥裂出薄片,如云母、片状石膏等。 ②完全解理:外力作用下形成的破裂面全部为光滑平整面,如方解石、萤石。 ③中等解理:外力作用下形成的裂面仅有半数左右为光滑血,如辉石、角闪 石。 ④不完全解理:外力作用下形成的裂面仅有个别为光滑面,如磷灰石等
⑤极不完全解理(断口):所有裂面均呈现参差不齐状,如石英、锡石等。 (2)*硬度:指矿物抵抗外来机械力(压入、刻划、研磨)侵入的能力。以 刻划硬度(摩氏)最为常用。它是以十种矿物作为标准硬度级别。 等级123 456789 10 矿物带(石)石()方(解石)莹(石)两(石)长(石)石英黄上刚()金刚(石 除以上三类物理特征外,有一些特殊矿物还有特殊的识别特征,发光性(莹 石、白钨矿)、压电性(B石英)、磁性(磁铁矿)。 二、矿物的分类 自然界3300余种矿物,按其化学成份的不同可分为五大类: 1.自然元素矿物:即天然产生的单质矿物,如自然Au、Ag、Hg、Cu、S等。 2.硫化物和复硫化物矿物:如FS(黄铁矿)入、AsS,(雄黄)等. 3.卤化物矿物:如石盐NaCl、萤石CaF,等。 4.氧化物如氢氧化物刊矿物:如石英Si0、锡石S0、刚玉A1.0,等。 5,含氧盐矿物:依酸根类型又可分为碳酸盐亚类(方解石)、硫酸盐亚类(石 膏)、硅酸盐亚类(占自然养矿物80%以上,如长石、云母等)其它如钨、铬、 磷酸盐等等。 第三节岩浆岩(1hr) 一、概述 1.*岩浆:地壳下部存在的高温高压富含挥发份的Rs0,熔融体, 岩浆的主要成份是Rsi104类,其次还含有H20、C02等挥发份。 2.*岩浆岩:岩浆将地壳薄弱带侵入地表附近或直接喷出地表冷凝而成的岩 石。 >5km深成侵入岩7侵入岩 喷出岩 0-5km浅成侵入岩 二、岩浆岩的结构构造 指颗粒自身的特点与相对关系 指颗粒或成份在空间的非列方式
(一)结构 1,据矿物结晶程度的差异可分为4种类型 (1)全晶质结构:所有矿物颗粒都结晶出来且肉眼可见,如花岗岩。 (2)半晶质结构:部分矿物颗粒结晶出来,其余为非晶质,如部分流纹岩。 (3)玻璃质结构:没有任何矿物结晶,全为玻璃状,有玻璃光洋,如火山 玻璃。 (4)隐晶结构:特殊全晶质结构,颗粒全结晶但肉眼难辨,具瓷状光洋。 2.据结晶颗粒的相对大小分 (1)等粒结构:所有矿物均结晶且大小均一,依结晶颗粒大小又分 ①粗粒等粒结构(d>5mm):②中粒等粒结构(1-5m) ③细粒等粒结构(dK1mm) (2)不等粒结构:指岩石中同种矿物颗粒大小有明显二分性,又分为: 斑状结构:即半晶质不等粒结构,如同面粉之中的黄豆 似班状结构:即全晶质不等粒结构,如同绿豆中的蚕豆。 (二)构造:依各构成组份间的空间排列及充填方式,分为3种: 1.块状构造:矿物颗粒紧密结合且均匀分布,无集群现象,是多数岩浆岩 的构造形式。 2.气孔和杏仁构造:一般仅见于喷出岩中,岩块中分布有圆形、椭圆形内 壁大致光滑的孔洞称气孔,若气孔中充填了后期结晶物称为杏仁。 3.流纹构造:岩浆边流动边结晶、凝同,保留下来的流动迹象称流纹构造, 一般由矿物顺流向排列和气孔被压扁拉长所显示 三、岩浆岩的产状 产状是指岩石所处的空间状态。岩浆岩的产状指岩浆岩的空间分布形态,规 模及其与周边岩石的接触关系等。 1.侵入岩的产状 (1)岩基、岩株与岩枝 地面出露面积>100km的岩体, 结晶程度高,岩性均一,强度大
是极好的大型、高层建筑地基 岩株:地面出露面积100-10km的岩体 岩枝:地面出露血积10km以下的岩体。 (2)岩床、岩盘和岩盆:层状、板状岩体夹于围岩中,产状与围岩保持 致。 (3)岩墙、岩脉:岩体切穿围岩与围岩斜交的岩体(可造成地基岩体力学 性质各向异性)。 2.喷出岩的产状 (1)火山口、火山锥:是火山喷发堆积或爆裂留下的痕迹。火山口常积水 形成火山口湖,如天山天池等。 (2)熔岩流熔岩被熔岩台地(高 火山正 原) 火山锥 熔岩流:岩浆沿地表呈线状流动冷疑 成岩: 熔岩被:水平溢流呈血状流动凝固而 成,多期次,大面积喷发而成的熔岩被形 成熔岩台地(印度德干高原等)。 四、岩浆岩的分类及常见岩石 在岩浆岩中,Si0不仅含量最高,且其高低变化还影响其它成分变化,如 Fe0、Fe.0,随Si0升而降,而A1,0,和Ca0则随Si0,升而呈先升后降趋势。 因此,岩浆岩的类型就是依据岩石成份中Si0成份含量的高低分为: Si0百分含量 (45% 45%-53% 53%-66% >66% 岩石类型 超基性岩 基性岩 中性岩 酸性岩 常见 侵入岩 橄榄岩 辉长岩 闪长岩 花岗岩 岩石 喷出岩 金伯利岩 玄武岩 安山岩 流致岩 岩石中Fe、M含量 高 低 岩石颜色 深(黑) 修 浅(灰白色)
第四节沉积岩(1hr) 在地表或近地表条件下,由母岩(岩浆岩、沉积岩或变质岩)风化剥蚀的产 物经搬运,沉积和硬结作用而形成的一类岩石。是三大岩中分布面积最广(陆地 75%,海洋近100%)但质量最小(仅占地壳的5%士)的一类岩石。 成层性是沉积岩最显著的特征,由颜色、粒径、结构构造在垂向上的明显 分带性表现出来。另外,沉积岩还是唯一含有大量化石的岩石,所有这些特征 为后人提供了大量的地质历史信息,故它又被称为是“地质历史的书页”。同时 也导致其工程地质性质具有明显的两向异性。 一、沉积岩的形成 包括三个连续过程:即风化(剥蚀),输移和使结成岩作用过程。 1.风化作用过程:是沉积物的制备过程。此时,母岩发生物理崩解和化学 分解,形成三类产物。 (1)碎屑物质:即机械破碎物,按其粒径可分为砾(d>2m),砂(20.05mm) 和粉砂(0.05-0.005mm): (2)不溶残积物:即粒度小于粉砂,但不能以化学形式溶于水的物质,主 要是粘土矿物: (3)可溶盐类:即分子、离子、原子类物质以化学形式溶于水中,主要包 括卤化物(卤化钠)、硫酸盐(CaS04)和碳酸盐类(如CaC0)。 2.输移作用过程:是风化产物从起动到最终停息的全过程,不同风化产物、 输移方式也不同。 (1)化学输移:可溶盐类的溶解输移方式: (2)机械输移:即动力携带,物质粒径不同,机械输移方式也不同。 推(拖)移:d>2mm,砾在河床面上滑动,翻滚前进: 跃移:d=2~0.05mm砂,在水体中忽上忽下,弹跳前进: 悬移:d<0.05的物质,粉砂+粘土,在水体中长期、长途携带运动。 在水动力条件变弱的地方(入海口、入湖口、山前)三种机械输移物会依次 沉积下米,该过程称为分选,可形成“粒级层序”,可用于确定沉积周期,恢复
地层的原有层位关系。 3.使结成岩作用过程:指沉积物经层层崇压、脱水、固结甚至结品形成坚 固沉积岩的过程。 二、沉积岩的物质构成 沉积岩在经历了风化、输移和使结成岩过程中,矿物成份比之岩浆岩大为简 单化。而其物质成份的描述方式也大不同于岩浆岩。 1,碎屑:即以粒度为标尺,指矿物或岩石的机械破碎物,主要是一些耐风 化的石英岩、硅质岩、花岗岩及石英、长石、云母等的颗粒,可分为砾、砂、粉 砂三类成份。 2.粘土物质:指粒径2m的颗粒占体积百分比30%以上,称砾岩。 砂状结构:d=2~0.05mm的颗粒占体积百分比50%以上,称砂岩。 粉砂状结构:d=0.05一0.005m的颗粒占体积百分比50%以上,称粉砂岩。 (2)泥质结构:又称粘土结构,成份以粘土为主,略带丝绢光洋,如泥、页岩。 (3)结晶(化学)结构:由化学沉积物为主构成的岩石,如石灰岩、白云岩等。 (4)生物结构:主要由生物遗体或遗迹化石构成的岩石,如生物礁灰岩。 2.沉积岩的构造
成层构造是沉积岩最显著的特征,可由剖面上的层理构造和平面上的层面构 造来体现。 (1)层理构造:即由颗粒大小、颜色变化、成份组合形态等在垂直上的分 带节律变化所显示的成层现象,可划分为: ①块状层理:即野外厚或巨厚的层 埋,手标本上见不到层理形态显示。 ②平行层理:各细小层间互相平行。 ③斜层理:各细小层间互相斜交,细 小层内水平延仲时未必等厚。 又分交错层理和波状层理。 A一平行层理:B一斜公理:©一状公理 (2)层面构造:指保留在各细层表面的沉积作用的痕迹。 ①波痕:浅水条件下层面上保留的波浪纹路。 ②泥裂:即保存下来的干裂或龟裂,呈浅水晒干条件下形成的泥质开裂“口 上尖下”,可恢复构造。 ③化石:即埋藏于沉积岩中的动植物遗休,遗迹。 四、沉积岩的分类及常见岩石 1,分类依据:依据沉积物的来源分大类,大类E,又依据物质成份,结构 构造划分小类。 2.分类方案 陆源沉积岩 内源沉积岩 类型 火山碎屑岩 碎屑岩 泥质岩 蒸发岩非蒸发岩 可燃有机岩 集块岩 砾岩 泥岩 石普 石灰岩 煤 常见 火山角砾岩 砂岩 粘士 盐岩 白云岩 油页岩 岩石 凝灰岩 粉砂岩 页岩 硅质岩 磷块岩 第五节 变质岩(1hr) 原先存在的岩石(三大岩均可)在地下受到各种物理、化学因素的作用而在