浅谈三大岩及其在工程地质上特性.doc

三大岩及其在工程地质上特性专业：土木工程 班级：12301701 姓名：严豪江 学号：201230170121摘要：岩石是天然产出的由一种或多种矿物组成的，具有一定结构构造的集合体，也有少数包含有生物的化石。按其成因分类主要分为三大类：岩浆岩、沉积岩、变质岩。在地球结构和人类生活创造中，岩石处于重要的地位。关键词：三大岩类 工程地质 特性1引言 地球，人类赖以生存的地方，表面约71%是海洋，剩下的部分被分成洲和岛屿。岛屿和陆地的形成离不开岩石的形成，地球的形状和地表形态既是其内部物质状态及其运动的结果，又受到地球表层的水和大气的运动以及生物生命活动的影响。岩石是由矿物形成的，要认识岩石，就必须先认识矿物。地质学家不但把矿物看做是岩石的组成单元，而且把矿物看做是研究岩石生成环境和随后历史的一把重要钥匙。岩石按不同的成因又可以分为三大岩类：岩浆岩、沉积岩和变质岩，在不同的工程方面都占有一席之地。2三大岩2.1岩浆岩2.1.1岩浆岩的概念及特性 岩浆岩是由地壳深处的岩浆沿地壳构造薄弱带上升侵入地壳或喷出地面冷却凝固后形成的岩石，约占地壳总质量的95%，岩浆是熔化的岩石，也可以叫做硅酸盐熔融体，通常位于地表之下的岩浆房中。主要成分是SiO2，也可以含有挥发性物质及部分固体物质。岩浆是各种火成岩的前身，可以侵入邻近的地壳岩石或是冒出地表，经常处于活动状态，具有流动性。岩浆存在于650到1200的温度中。可低至650，高至1400。熔岩中含有18%的挥发性物质。 岩浆处于高压之中，有时会经由火山道（或译火山管、火山流口）以熔岩流或是以火山碎屑物的火山喷出物的形式冒出。 这些火山喷发的产物通常包括了从没到过地表的液体、结晶体及溶解气体等。岩浆会在地壳中各自分离的岩浆库内集结，不同地方的岩浆组成成份会稍有不同。 当地壳发生变动或受到其他内力作用时，承受巨大压力的岩浆就会沿着构造薄弱带上升，侵入地壳或喷出地面，经复杂的物理化学过程，最后冷却凝结就形成了岩浆岩。2.1.2岩浆岩的物质成分 地壳中存在的元素在岩浆岩中几乎都有，主要成分有SiO2、各种金属氧化物、少量的金属元素和稀有元素、挥发性物质。组成岩浆岩的矿物有大约30多种，可以分为浅色矿物和深色矿物。例如：石英、正长石、白云母等（浅色矿物）。黑云母、辉石、橄榄石等（深色矿物）2.1.3岩浆岩分类 岩浆岩按其生成环境可以分为侵入岩和喷出岩，分别就是侵入作用和喷出作用。岩浆侵入地壳内部，在高温下缓慢冷却结晶而成的岩浆叫做侵入岩。侵入岩也分深层侵入和浅层侵入，岩浆在岩浆源附近凝结成的岩浆岩就叫深层侵入岩，一般规模较大、分布广。规模不大、出露面积较小的，未上升至地表变凝结的岩浆岩称浅层侵入岩。喷出岩则没有分类，喷出地表、在常压下迅速冷凝而成的岩石就叫喷出岩。侵入岩和喷出岩由于冷凝空间的限制，大小和形态差异很大（见图1）岩浆岩根据其SiO2的含量有规律的变化是岩浆岩分类的主要基础。根据酸度，也就是SiO2含量，可以把岩浆岩分成四个大类：超基性岩（SiO2、45%）、基性岩（SiO2、45-52%）、中性岩（SiO2、52-66%）和酸性岩（SiO2、66%）。 2.1.4岩浆岩的产状（见图2） 岩浆岩生成的空间位置和形状、大小以及与周围岩石相接处的关系称岩浆岩的产状。侵入岩主要产状：岩基、岩株、岩脉、岩盘、岩床、岩脉。 2.1.5岩浆岩的结构和构造 （1）岩浆岩的结构 岩浆岩的结构是指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、晶体形状、自形程度以及矿物之间的相互组合关系。按岩石中矿物结晶程度划分1）全晶质结构2）半晶质结构3）非晶质结构。按岩石中矿物颗粒的绝对大小划分，1）显晶质结构2）隐晶质结构。按岩石中矿物颗粒的相对大小划分1）等粒结构2）不等粒结构3）斑状结构和似斑状结构。 （2）岩浆岩的构造 岩浆岩的构造是指岩石中不同矿物集合体之间或矿物集合体与其他组成部分之间的排列、充填方式。常见的有1）块状2）流纹状3）气孔状4）杏仁状5）带状 2.1.6常见的岩浆岩 常见的岩浆岩有（酸性）花岗岩、花岗斑岩、流纹岩，（中性）闪长岩、闪长玢岩、安山岩，（基性）辉长岩、辉绿玢岩、玄武岩，（超基性）辉岩、橄榄岩、火山玻璃岩。2.1.7岩浆岩的工程地质性质岩浆岩的工程地质性质主要与岩浆凝固时的环境条件有关，不同成因条件，其矿物成分、结构、构造和产状差别很大，岩石颗粒间的连接力也有很大差异。(1)侵入岩：是岩浆在地下缓慢冷凝结晶生成的，矿物结晶良好，颗粒之间连接牢固，多呈块状构造。因此，侵入岩孔隙度低、抗水性强、力学强度及弹性模量高，具有较好的工程性质。常见的侵入岩有花岗岩、闪长岩及辉长岩等。从矿物上看，石英、长石、角闪石及辉石的含量越多，岩石强度越高，云母含量增加使岩石强度降低。从结构上看，晶粒均匀细小的小的岩石强度高，粗粒结构及斑状结构岩石强度相对较低。(2)喷出岩：是岩浆喷出地表后迅速冷凝生成的，由于地表条件复杂，使喷出岩具有很不相同的地质特征。具有隐晶质结构、致密块状构造的粗面岩、安山岩、玄武岩等，工程性质良好，其强度甚至可大于花岗岩。但当这类岩石具有明显的流纹、气孔构造或含有原生节理时，工程性质变差，孔隙度增加，抗水性降低，力学强度及弹性模量减小。2.2沉积岩 2.2.1沉积岩的概念及特性 沉积岩是自然沉积物固结形成的岩石。通常是在常温、常压环境下，由先成岩石的风化物质、火山喷出的碎屑物质、生物遗体及少量宇宙尘埃，经搬运、沉积和成岩等地质作用而形成。多呈层状产出。沉积岩在地表分布很广，占陆地面积的75。海底几乎全部为沉积物所覆盖。由于它主要是由先成岩石的风化物质再堆积而成，所以曾被称为次生岩；又因其主要是在水体中沉积形成的，故又曾被称为水成岩。但这些名称并不确切或不够全面，已不再被岩石学者采用 2.2.2沉积岩的组分 包括碎屑组分、化学-生物化学组分、蒸发化学组分、有机质衍变组分、火山喷发组分、宇宙物质组分等。 2.2.3沉积岩的结构 沉积岩的结构是指组成岩石的物质颗粒大小、形状及其组合关系。（1） 碎屑结构 （2） 泥质结构（3） 化学结构（4） 生物结构 2.2.4常见的沉积岩 （1）砾岩及角砾岩：岩性成分比较复杂：粘土质量分数大于25%。 （2）砂岩：砂质结构，易于开采加工，是工程上广泛采用的建筑石料。 （3）粉砂岩：粉砂质结构，薄层状构造，较疏松，稳定性和强度不高。 （4）页岩：易风化成碎片，强度低，与水作用易于软化而丧失稳定性。 （5）泥岩：与页岩可夹于坚硬岩层之间，形成软弱夹层，浸水后易于软化滑动。 （6）石灰岩：易于开采加工，是烧制石灰和水泥的重要原材料，冶金工业的主要溶剂材料，是广泛的建筑材料。但由于石灰溶于水，易形成裂隙和溶洞，对基础工程影响大。 2.2.5沉积岩工程地质特性 沉积岩具有层理构造，层状及层理对沉积岩工程性质的影响主要表现为各向异性。因此，沉积岩的产状及其与工程建筑物位置的相互关系对建筑物的稳定性影响很大。同时由于组成岩石的物质成分不同，也具有不同的工程地质特征。(1)碎屑岩：是碎屑颗粒被胶结构胶结在一起而形成的岩石。它的工程性质主要取决于胶结物成分、胶结方式。从胶结物成分看，按硅质、钙质、铁质、石膏质、泥质的顺序，强度依次降低。从胶结方式看，基底式胶结的岩石胶结紧密，强度较高，受胶结物成分控制；孔隙式胶结岩石的工程性质与碎屑颗粒成分、形状及胶结物成分有关，变化很大；接触式胶结岩石的孔隙度大，透水性强，强度低。(2)粘土岩：是工程性质最差的岩石之一。粘土岩强度低、抗水性差、亲水性强。当粘土岩有较多节理、裂隙时，一旦遇水浸泡，工程性质迅速恶化，常产生膨胀、软化或崩解。在常见的三类粘土矿物中，富含蒙脱石的粘土岩工程性质最差，含高岭石的相对较好，而含伊利石的介于中间。此外，若粘土岩节理、裂隙很少时，它是很好的隔水层。(3)化学岩和生物化学岩：化学岩中最常见的是石灰岩和白云岩类岩石，这类岩石一放情况下工程性质良好。它们具有足够高的强度和弹性模量，有一定的韧性，是较好的建筑材料。但要特别注意它们是否被溶蚀，形成了对工程建筑不利的溶隙和空洞。此外，化学岩中的石石膏岩或碳酸盐类岩石中的石膏夹层、石膏成分，工程性质都是很差的。它们强度较低，吸水膨胀，可溶性较大，溶于水后生成有害的硫酸，必须给予足够重视。生物化学岩中常见的煤层及常与之共生的煤系地层，工程性质较差，要注意地下工程中常常遇到的瓦斯问题。 2.3变质岩 2.3.1变质岩的概念 变质岩：是岩浆岩或沉积岩在变质作用下形成的一类新岩石。和前两类岩石主要区别是变质岩属重结晶的岩石，颗粒较粗，不含玻璃质和有机质的残体。2.3.2变质岩的特征 1、在地壳一定深度形成：发生于一定的温度和压力范围，t2001000，p0.021.5Gpa，风化带以下；2、是在固态条件下转变而成；3、具有特定的变质矿物：蓝晶石、夕线石等；4、具有特定的结构和构造：变形结构、定向构造等。 2.3.3变质岩的分类 区域变质岩：板岩、千枚岩、片岩、片麻岩、大理岩、石英岩、混合烟 接触变质岩：大理岩、石英岩、角页岩、矽卡岩 动力变质岩：构造角砾岩、糜棱岩2.3.4变质岩的工程地质性质(1)具有片理构造的变质岩：片岩、千枚岩及板岩的片理构造发育，工程性质具有各向异性。千枚岩、滑石片岩、绿泥石片岩、石墨片岩等岩石强度低，抗水性很差，特别是沿这些岩石的片理或节理面，抗剪、抗拉强度很低，遇水容易滑动，沿片理、节理容易剥落。 片麻岩片理构造不太发育，当石英、正长石含量较多时，工程性质比较好。但是，由于片麻岩多为年代久远的岩石，要注意其受构造运动影响而破碎和风化程度。(2)块状构造变质岩：常见的是石英岩和大理岩，除大理岩微溶于水外，它们都是结晶连接、矿物成分稳定或比较稳定的单矿物岩石。强度高，抗风化能力强。有良好的工程性质。 (3)由动力变质作用形成的岩石：由动力地质作用形成的岩石一般较破碎，强