工程地质.doc

1.1 实习准备6月7日至6月9日为实习时间，6月3日下午为实习动员，下午借实习工具、领实习日志、分组，为野外实习做好准备。端放假结束回来后，7号早上开始了野外实习。其中6月7日实习地点为八公山地质公园、凤台淮河大桥和茅仙洞，6月8日舜耕山，6月9日实习地点为罗山。参加人员有土木建筑学院09级15班的同学，以及地球与环境学院的几位指导老师。1.2 实习地区地质概况实习区主要位于淮南市境内，恰好在我国南北地理、地质分界线上。其地质特征虽属华北类型，但又有其特殊地方。因煤炭资源丰富，更由于早期三胚层动物化石“淮南虫”的发现而蜚声海内外，引起国内外地质界的重视。因而地质研究程度较高，资料也很丰富，为认识实习提供了良好的条件。市内总面积2121平方公里，人口180万。淮河自西向东横贯市内。淮河以南为丘陵山区，八公、舜耕、上窑“三山鼎立”，海拔多在200米以下，最高峰为八公山区的白鹗山，海拔242 米。淮河以北为黄淮海冲积平原，地势平坦，海拔2040米之间。1.3 实习计划与安排此次实习的野外实习部分分为三天。第一天为八公山地质公园、凤台淮河大桥和茅仙洞,主要认识淮南地区寒武纪地层，以及淮南地区的古生物化石，古生物遗迹化石，地质环境破坏和河流的地质作用。第二天舜耕山和洞山，主要认识沉积岩，和沉积构造，练习地质罗盘的使用。第三天罗山，观察舜耕山断层；了解组成罗山山体的岩石和地层；观察“淮南虫”的产出层位，认识叠层石，了解寒武纪前的生物特征；观察太古界和上元古界之间的不整合；认识岩石风化剖面，了解土壤的形成。2实习内容与分析2.1 岩石岩石的基本组成单位是矿物，它们的分布并非杂乱无章，而与地球的演化密切相关。它们随着区域、 地质时代的不同有规律地分布。在岩石圈范围内，岩浆岩、 变质岩占总体积 的95%，沉积岩仅占5%，主要分布于5 Km以上的范围内，但却涵盖了大陆面积的70%，海底几乎全部为沉积物覆盖。而沉积岩中，碎屑岩、 碳酸岩盐、 粘土岩共占总量的99%，其它可燃有机岩、 硅质岩、 铁质岩、 铝质岩及盐类仅占很少比例。淮南地区的岩石类型主要为沉积岩，也可见到出露地表的岩浆岩和变质岩，在三天的实习过程中。主要见到的岩石有：页岩、白云岩、灰岩、砂岩、以及泥岩，另外，在罗山南侧可以见到出露的震旦系地层，为严重风化的花岗岩。在野外，由于条件有限，所以快速准确的判断岩石的类型显得尤为重要。下面介绍淮南地区几种常见岩石的野外鉴别方法：白云岩与灰岩： （1）在颜色上石灰岩常含有碎屑和粘土混入物，铁的化合物及有机质等，故多呈深色至深灰、蓝灰、黑灰、灰等，而白云岩则颜色较浅至灰白色、浅黄色、浅灰色。 （2）白云岩硬度较石灰岩略大。 （3）白云岩加冷稀盐酸，缓慢起泡或不起泡，但与石灰岩则明显起作用。 （4）灰岩中常有较丰富的生物化石，白云岩生物化石少或无。 （5）在野外露头上灰质白云岩上场有很多纵横交叉的刀砍状溶沟，此标志常作为野外识别灰质白云岩、白云质灰岩的一个重要依据。（6）灰岩颜色暗深灰色，没有明显的刀砍纹，滴加稀盐酸，剧烈冒泡，硬度低于小刀。其中鲕粒灰岩为鮞状结构，岩石主要由鲕粒组成，含量约为60%，由胶体溶液围绕某一核心逐渐沉淀形成的规则球体，具有明显的同心层状构造，直径小于2mm，形状如鱼卵。砂岩：淮南地区的砂岩分布年代较为广泛，呈现土黄色，土状，碳酸盐为主，长石被风化，Na+、K+、Ca2+等流失，砂粒为矿屑或岩屑，矿屑成分主要是石英、长石、白云母等，岩屑成分取决于母岩的性质，砂粒间的空隙由泥质或化学沉淀物充填，化学成分可能为硅质、钙质、铁质、海绿石、石膏等。其中石英砂岩由于Fe3+的缘故表现为紫红色，其中的二氧化硅的含量大于90%，坚硬，稳定性也好，为伍山组砂岩，石英晶粒，玻璃光泽，粒径3-5mm，分选性较差，形状为椭球状，磨圆度为次圆状。泥岩： 泥岩亦称粘土岩，是淮南地区很常见的一种沉积岩，地域分布十分广泛。主要由粒径小于0.005mm的细腻粒组成，其主要成分为粘土矿物，其次为石英、白云母等。常见的粘土矿物有高岭石、水云母、蒙脱石等，泥岩致密细腻，触之有滑感，如果泥岩中水平层理发育良好，沿层理面能剥成一页一页的薄片，则称之为页岩，其不具有页理构造，是特殊构造的泥岩。 另外，在野外，劈理、片理、片麻理发育的变质岩，常被误认为沉积岩。这些外形类似沉积岩的变质岩和真正的变质岩有如下的区别：（1） 用放大镜仔细观察其结构。变质岩为晶粒（即粒状、纤状、片状等变晶结构）与沉积岩的碎屑、生物等结构明显不同。（2） 角闪石、辉石、黑云母等暗色矿物一般不会出现在沉积岩中。其在风化过程中易初分解，难以保存。山余家变质岩半风化层中，颜色变浅，结构疏松，就是角闪石先被风化的缘故。我们第一天的实习地点是淮南的八公山地质公园、凤台淮河大桥和茅仙洞。 在山上我们认识了白云岩。在野外，用小刀和稀盐酸很容易认识和区别它们。石灰岩主要矿物为方解石，但其结构组分也可分为两部分:泥晶基质与颗粒。特殊情况下还有生物形成的架状结构，如淮南地区的叠层石灰岩。碳酸盐岩中的颗粒不是岩石风化的产物，而是沉积过程中由于机械的，化学的或生物作用形成的，如粒屑，鲕粒，生物屑，藻团等。颗粒含量50%以上者可定为颗粒石灰岩，如:竹叶状(砾石)石灰岩，鲕粒石灰岩，生物碎屑石灰岩。一般颗粒含量高，沉积时水体能量高。泥晶含量50%以上者称泥晶。石灰岩，反映较为平静的水体环境。例:中寒武统张夏组鲕粒石灰岩的描述灰色，厚层状;主要矿物成分为方解石，滴稀盐酸剧烈起泡;鲕粒结构。鲕粒圆球状，大小均匀，一般粒径1mm左右，含量60%;颗粒中含生物碎屑，主要为三叶虫，软体动物，约占10%;亮晶方解石胶结，含量30%。水动力强，无泥晶基质。定名:亮晶鲕粒石灰岩白云岩由白云石组成，它们主要为白云石交代石灰岩而成，故多为晶粒结构，放大镜下能观察得很清楚。若沉积时交代，则形成于干燥气候下，与盐类共生，故少见生物化石。碳酸盐岩易与水作用，表面溶蚀沟槽十分发育。特别是白云岩风化面上的“刀砍”状构造常是白云岩的重要识别标志，其成因系白云岩在构造作用下破裂，在地下水作用下沿裂隙沉淀方解石，表面上方解石较白云石易风化，形成“刀砍”状。在地下，碳酸盐岩是重要的含水层。 我们还了解了沉积岩。沉积岩一望无际的层状分布是最易辨认的。单个岩层厚度大小不一也是沉积岩应描述的特征:巨厚层 2m，厚层 20。5m，中层 0。50。1m，薄层 0。10。01m，页薄层 2mm，粗砂 20。5mm，中砂 0。50。25mm，细砂 0。250。1mm，粉砂 0。10。01mm。中厚层;碎屑矿物成分主要为石英，含量75%以上，次要成分为长石，岩屑，炭屑等，共占15%;粒屑大小在0 。80。 3mm 之间，含量共占70%以上，主要为中粒碎屑;碎屑多为次棱角次圆状，分选中等;胶结物主要为泥质，孔隙式胶结为主，次为接触式;基质含量少，主要为泥质，粉砂。单斜层理发育，上部见波状层理。向上为细砂，粉砂岩，粉砂岩中可见植物碎屑化石。定名:中粒石英砂岩。在野外，碎屑岩常形成山脊或突兀地面，抗风化能力较强，表面无水溶蚀痕迹，除钙质胶结者外，滴酸无反应。更重要的是经常使用手中的放大镜，从结构的观察中很容易与其它岩类区别。 我们还测量了岩层产状，它是描述岩层空间展布状态，分析岩层形变和研究构造的重要数据。首先选定一个较平整的岩层面。注意选定时一定要前后左右观察一下岩层层面的位置，不要将节理面或风化面当成层面。将罗盘打开成面状，将长边紧贴岩层面并保持水平，代表一个水平面，读出磁针(南，北针均可)指向的刻度盘数据，就代表水平面与岩层面交线的方向，亦即岩层走向。将罗盘折起，短边紧贴岩层面，保持罗盘水平，北针所指数据即岩层倾向。将罗盘长边沿垂直走向方向上紧帖岩层，旋转罗盘底部手柄，让垂直水准器气泡居中，读出白色短线标志所指度数即岩层倾角。 一般情况在对走向不做特别要求时，岩层产状数据只需量出倾向和倾角我们的第二站是淮南的罗山。罗山下半部的土壤呈棕红色，上部呈土黄色。在这里我们除了看到昨天的白云岩、砂岩和泥岩外，还了解了风化作用的影响。罗山南侧山余家村北小山岗上，有一个完整的风化剖面自上而下:土壤层:灰褐色，植被茂盛，厚525cm。淋滤层:棕褐色，主要由粘土矿物组成;富含Fe3+ ，板结成块状，垂直节理发育，厚1050cm。半风化层:土黄色，暗色矿物已风化，岩石结构尚保存，但已疏松。基岩层:深灰色，为上太古界霍邱群角闪斜长片麻岩。基岩由角闪石和斜长石组成，风化过程中在H2O，O2，CO2等作用下，矿物被分解， K+，Na+，Ca2+，Mg2+等被淋滤，Al3+，Fe3+不活跃组分残留原地，分别形成粘土矿物和氧化物。如地处热带亚热带雨林气候带，粘土矿物。铁的氧化物会进一步被水解，形成铝土矿，褐铁矿等矿产，是提炼铝，铁等金属的重要原料。淮南地处温带，这种情况较难出现。沉积岩除了粘土岩，其它岩类都或多或少含有粘土矿物，它们风化后，也会残余大量的粘土矿物。八公山，舜耕山的岩石缝隙中，凹地里都可以见到它们。 风化作用可以形成许多有用矿产，但更重要的是它为人类提供了宝贵的土壤资源，形成人类赖以生存的耕地。但这是一个漫长的地质历程。1cm厚的粘土层的形成可能需要成千上万年，但一阵风，一场洪水就让它们消失。我国人均耕地面积仅是世界的1/4，人口增加，水土流失，荒漠化还在使它不断减少。究其原因，还是人类过度开发，生态环境日益恶化所致。保护环境，保护耕地，已是刻不容缓，否则，我们的子孙后代将何以为生地层中的古风化面常常当作不整合或假整合的标志，它们代表岩层由沉积转变为风化侵蚀的过程，造成了地层缺失和不连续，多被解释为地壳上升的结果。如淮南地区奥陶系马家沟组和上石炭统太原组之间的铝土岩和褐铁矿层，就是中奥陶世后华北地区整体上升，经历了志留纪，泥盆纪，早石炭世的长期侵蚀风化的产物，直到晚石炭世才开始接受沉积，形成石炭二叠系含煤地层。山余家霍邱群与上覆上元古界八公山组之间的不整合面上也有含铁的古风化面。2.2 地层和古生物2.2.2 淮南地区古生物 淮南地区主要可见的古生物化石有叠层石（罗山），寒武纪三叶虫化石（八公山），淮南虫遗迹化石（八公山）。尤其是在八公山地质公园三叶虫化石遗迹景点，三叶虫化石更是俯拾即是，是全国乃至全世界三叶虫化石的绝佳采集点。 附图：三叶虫示意图从背部看去三叶虫为卵形或椭圆形 ， 成虫的长为310厘米，宽为13厘米 。小型的6毫米以下 。三叶虫体外包有一层外壳，坚硬的外壳为背壳及其向腹面延伸的腹部边缘 。腹面的节肢为几丁质，其他部分都被柔软的薄膜所掩盖。一般所采到的三叶虫化石都是背壳。三叶虫背壳的中间部分称为轴部或中轴，左、右两侧称为肋叶或肋部。三叶虫壳面光滑。或有陷孔、瘤包、斑点、放射形线纹、同心圆线纹、短刺等。头部多数被两条背沟纵分为三叶，中间隆起的部分为头鞍及颈环，两侧为颊部，眼位于颊部。颊部为面线所穿过，两面线之间的内侧部分统称为头盖，两侧部分称为活动颊或自由颊。胸部由若干胸节组成 ，形状不一，成虫240节 。中间部分为中轴，两侧称为肋部。每个肋节上具肋沟，两肋节间为间肋沟。尾部是由若干体节互相融合而形成的 ， 130节以上不等。形状一般半圆形，但变化很大，可分为一中轴和两肋部。肋部分节，有肋沟和间肋沟。肋部可具边缘 ，边缘上亦常有边缘刺附图：叠层石叠层石是前寒武纪未变质的碳酸盐沉积中最常见的一种“准化石”，是原核生物所建造的有机沉积结构。由于蓝藻等低等微生物的生命活动所引起的周期性矿物沉淀、沉积物的捕获和胶结作用，从而形成了叠层状的生物沉积构造。叠层石的基本构造单位叫基本层，一般为弧形或锥形。基本层构成集合体，呈柱状、锥状、棒棰状等形态，有的呈墙状。淮南地区的罗山南麓，可见到出露的叠层石，规模不大。2.3 地质罗盘的使用及岩石产状的测量地质罗盘仪是进行野外地质工作必不可少的一种工具。借助它可以定出方向，观察点的所在位置，测出任何一个观察面的空间位置(如岩层层面、褶皱轴面、断层面、节理面等构造面的空间位置)，以及测定火成岩的各种构造要素，矿体的产状等。因此必须学会使用地质罗盘仪。 （1）地质罗盘的结构： 地质罗盘式样很多，但结构基本是一致的，我们常用的是圆盆式地质罗盘仪。由磁针、刻度盘、测斜仪、瞄准觇板、水准器等几部分安装在一铜、铝或木制的圆盆内组成。 磁针一般为中间宽两边尖的菱形钢针，按装在底盘中央的顶针上，可自由转动，不用时应旋紧制动螺丝，将磁针抬起压在盖玻璃上避免磁针帽与项针尖的碰撞，以保护顶针尖，延长罗盘使用时间。在进行测量时放松固动螺丝，使磁针自由摆动，最后静止时磁针的指向就是磁针子午线方向。由于我国位于北半球磁针两端所受磁力不等，使磁针失去平衡。为了使磁针保持平衡常在磁针南端绕上几圈铜丝，用此也便于区分磁针的南北两端。水平刻度盘-水平刻度盘的刻度是采用这样的标示方式：从零度开始按逆时针方向每10度一记，连续刻至360度，o度和180度分别为N和S，90度和270度分别为E和W，利用它可以直接测得地面两点间直线的磁方位角。竖直刻度盘-专用来读倾角和坡角读数，以E或W位置为0度，以S或N为90度，每隔10度标记相应数字。 悬锥-是测斜器的重要组成部分，悬挂在磁针的轴下方，通过底盘处的觇板手可使悬锥转动，悬锥中央的尖端所指刻度即为倾角或坡角的度数。水准器-通常有两个，分别装在圆形玻璃管中，圆形水准器固定在底盘上，长形水准器固定在测斜仪上。瞄准器包括接物和接目觇板，反光镜中间有细线，下部有透明小孔，使眼睛，细线，目的物三者成一线，作瞄准之用。 （2）地质罗盘的使用方法 在使用前必须进行磁偏角的校正。因为地磁的南、北两极与地理上的南北两极位置不完全相符，即磁子午线与地理子午线不相重合，地球上任一点的磁北方向与该点的正北方向不一致，这两方向间的夹角叫磁偏角。 地球上某点磁针北端偏于正北方向的东边叫做东偏，偏于西边称西偏。东偏为(+)西偏为(-)。淮南地区的磁偏角为偏东356,使用前将地质罗盘的盘面偏角调整为356，可以满足实习测量的精度要求。 （3）岩层产状要素的测量岩层的空间位置决定于其产状要素，岩层产状要素包括岩层的走向、倾向和倾角。测量岩层产状是野外地质工作的最基本的工作方法之一，必须熟练掌握。1. 岩层走向的测定岩层走向是岩层层面与水平面交线的方向也就是岩层任一高度上水平线的延伸方向。测量时将罗盘长边与层面紧贴，然后转动罗盘，使底盘水准器的水泡居中，读出指针所指刻度即为岩层之走向。因为走向是代表一条直线的方向，它可以两边延伸，指南针或指北针所读数正是该直线之两端延伸方向，如NE30度与SW210度均可代表该岩层之走向。2.岩层倾向的测定 岩层产状及其测量方法 岩层倾向是指岩层向下最大倾斜方向线在水平面上的投影，恒与岩层走向垂直。 测量时，将罗盘北端或接物觇板指向倾斜方向，罗盘南端紧靠着层面并转动罗盘，使底盘水准器水泡居中，读指北针所指刻度即为岩层的倾向。 假若在岩层顶面上进行测量有因难，也可以在岩层底面上测量仍用对物觇板指向岩层倾斜方向，罗盘北端紧靠底面，读指北针即可，假若测量底面时读指北针受障碍时，则用罗盘南端紧靠岩层底面，读指南针亦可。 3岩层倾角的测定 岩层倾角是岩层层面与假想水平面间的最大夹角