岩石及其工程地质性质.ppt

1 28 第一章岩石及其工程地质性质 第一节地质作用 主要内容 第二节矿物 第三节岩石 第四节岩石的工程地质性质 2 28 第一节地质作用 地球内圈 一 地球的构造 3 28 地壳 crust 由固体岩石构成 平均厚度33km 成分为硅铝层 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 地幔平均厚度2900km 地核 core 由比重较大的铁镍合金组成 平均密度大于10g cm 平均厚度3471km 外核是液态的 内核是固态 一 地球的构造 地壳运动主要起因于地幔物质的对流 4 28 地球外圈 一 地球的构造 5 28 大气圈 atmosphere 是地球以外的空间 它提供生物需要的CO2和O2 对地貌形态变化起着极大的影响 水圈 hydrosphere 由大气圈的水蒸气凝结成降雨形成海洋和湖泊沼泽及地下水 水与地表岩石相互作用 作为最活跃的地质营力促进各种地质现象的发育 生物圈 biosphere 渗透在水圈 大气圈下层和地壳表层的范围之中 对于改变地球的形态起着重要的作用 一 地球的构造 6 28 由自然动力引起地球和地壳的物质组成 内部结构和地表形态发生变化发展的作用称为地质作用 geologicalprocess 按动力来源分为 内力地质作用 endogenicgeologicalprocess 外力地质作用 exogenicgeologicalprocess 二 地质作用 7 28 内力地质作用 由地球内部的能量 如地球的旋转能 重力能 放射性元素蜕变产生的热能 引起的 二 地质作用 8 28 地壳运动 tectonism 是指由地球内动力所引起的地壳岩石发生变形 变位 如弯曲 错断等 的机械运动 亦称为构造运动 按运动形式分为水平运动和垂直运动 二 地质作用 9 28 岩浆作用 magmatism 岩浆形成 运动 演化 冷凝 形成岩石 二 地质作用 岩浆作用示意图 10 28 变质作用 metamorphism 由于地壳运动 岩浆作用等引起物理和化学条件发生变化 促使岩石在固体状态下改变其成分 结构和构造的作用 称为变质作用 二 地质作用 11 28 地震作用 earthquake 由于地壳运动引起地球内部能量的长期积累 达到一定限度而突然释放时 导致地壳一定范围的快速颤动 二 地质作用 12 28 各种内力地质作用是相互关联的 地壳运动可以在地壳中形成断裂 引起地震 并为岩浆活动创造通道 地壳运动和岩浆活动都可能引起变质作用 地壳运动在内力地质作用中起主导作用 二 地质作用 13 28 外力地质作用 由地球外部的能量引起的由太阳辐射能引起 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 二 地质作用 14 28 外力地质作用的营力 河流的侵蚀 地下水的潜蚀 风的吹蚀 冰川的刨蚀等 湖泊海洋的冲蚀 二 地质作用 15 28 河流的侵蚀 亚马逊河流域 二 地质作用 16 28 地下水的潜蚀 二 地质作用 17 28 湖泊海洋的冲蚀 二 地质作用 18 28 风的吹蚀 19 28 冰川的刨蚀 二 地质作用 20 28 风化 weathering 在地表环境下由于大气 水 生物等作用 岩石在原地分解和破坏 剥蚀 denudation 各种地质营力 在运动过程中对地表岩石产生破坏 并把破碎分解了的产物剥离原地 二 地质作用 外力地质作用的方式 一般按风化 剥蚀 搬运 沉积 硬结成岩的程序进行 21 28 搬运 transportation 岩石经风化 剥蚀破坏后的产物拖曳搬运被流水 风 冰川等介质搬运到悬浮搬运其他地方的作用溶解搬运 硬结成岩 diagenesis 沉积下来的各种松散堆积物 压实固结成为坚硬岩石的作用胶结重结晶 沉积 sedimentation 被搬运的物质 从搬运介质中分机械沉积离出来 形成沉积物的过程化学沉积生物化学沉积 二 地质作用 22 28 外力地质作用主要影响因素是 气候和地形 我国温度带的划分图 二 地质作用 23 28 我国干湿地区划分图 二 地质作用 24 28 潮湿气候区 河流 湖泊 地下水发育 风化作用进行彻底 如东南沿海 干旱气候区 少雨 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 二 地质作用 25 28 中国地势分布示意图 二 地质作用 26 28 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 二 地质作用 27 28 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 地表形态的雕刻者地壳上升时 遭受剥蚀 地壳下降时 接受沉积 二 地质作用 28 28 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 复习思考题 29 28 第二节矿物 一 矿物与造岩矿物二 矿物的形态三 矿物的物理力学性质四 矿物的肉眼鉴定 30 28 地壳是由岩石构成的 而岩石又是由矿物组成 矿物 mineral 具有一定化学成分和物理性质的自然元素和天然化合物 常见的几种矿物 石英 方解石 云母 一 矿物与造岩矿物 31 28 黄铁矿 玛瑙 石膏 一 矿物与造岩矿物 32 28 石英晶簇 一 矿物与造岩矿物 33 28 一 矿物与造岩矿物 造岩矿物 能够组成岩石的矿物称为造岩矿物 34 28 一 矿物与造岩矿物 35 28 矿物的形态 是指矿物的外形特征 一般包括单体矿物或群体矿物的形态 晶形 crystalform 一向延长 c d 二向延长 b f 三向延长 a e 图2 2矿物晶形 a 石盐 b 石膏 c 普通辉石 d 石英 e 正长石 f 云母 二 矿物的形态 36 28 矿物集合体形态 同种矿物多个单体聚集在一起的整体就是矿物集合体 矿物集合体的形态取决于单体的形态和他们的集合方式 集合体按矿物结晶粒度大小分类 显晶质矿物集合体 肉眼可辨认其颗粒的隐晶质或非晶质矿物集合体 肉眼不能辨认的 二 矿物的形态 37 28 物理性质颜色条痕透明度光泽力学性质硬度解理断口 三 矿物的物理力学性质 38 28 物理性质 颜色 color 矿物新鲜表面的颜色 分自色 他色 假色 条痕 streak 矿物粉末的颜色 透明度 transparency 光线透过矿物的程度 分透明 半透明 不透明 光泽 luster 矿物表面反射光线的强弱强度 分金属光泽 半金属光泽 非金属光泽 玻璃光泽 油脂光泽 珍珠光泽 丝绢光泽 土状光泽 金刚光泽 三 矿物的物理力学性质 39 28 力学性质 硬度 hardness 矿物新鲜面抵抗外力刻划的能力 分为摩氏十级 滑石方 萤磷长 石英黄玉刚金刚 三 矿物的物理力学性质 矿物硬度表 一般用摩氏硬度计来决定矿物的相对硬度 野外调查时 常用指甲 2 2 5 铅笔刀 5 5 5 玻璃 5 5 6 钢刀刃 6 7 鉴别矿物的硬度 40 28 三 矿物的物理力学性质 解理 cleavage 矿物受敲击后 沿一定的方向裂开成光滑平面的性质 裂开的光滑平面称为解理面 一组 云母 两组 长石 三组 方解石 极完全 云母 完全 方解石 中等 正长石 不完全 磷灰石 断口 fracture 矿物受敲击后 沿任意方向发生不规则的破裂面 贝壳状 参差状 锯齿状 平坦状 41 28 其他性质 磁性 电性 放射性 发光性等磁铁矿磁性 石墨导电 石棉绝缘 萤石发光 毒砂有嗅味 自然硫可燃烧 云母有弹性 绿泥石有挠性 自然金 银 铜有延展性 三 矿物的物理力学性质 42 28 常见造岩矿物的肉眼鉴定 工具 小刀 瓷板 放大镜 稀盐酸等 鉴别时应注意 抓住主要特征综合考虑颜色 晶形 光泽 解理 硬度等考虑矿物生成条件及共生矿物 四 矿物的肉眼鉴定 43 28 四 矿物的肉眼鉴定 常见造岩矿物的主要特征 44 28 课堂练习 四 矿物的肉眼鉴定 方解石 石英 45 28 1 什么是矿物 2 矿物的物理力学性质有哪些 3 说出几种常见的矿物 4 矿物肉眼鉴定的注意事项 复习思考题 46 28 第一节地质作用1 地球的构造 地球内圈 地球外圈2 地质作用 内力地质作用 外力地质作用第二节矿物1 矿物与造岩矿物2 矿物的形态 单体形态 集合体形态3 矿物的物理力学性质物理性质 力学性质 其他性质4 矿物的肉眼鉴定 小结 47 28 岩石 rock 一种或多种矿物组成的自然集合体 按成因分为三大类 岩浆岩 magmaticrock 在地壳上分布面积约占7 沉积岩 sedimentaryrock 在地壳上分布面积约占75 变质岩 metamorphicrock 在地壳上分布面积约占18 第三节岩石 48 28 岩浆岩 magmaticrock 广泛分布在地表或地下 大陆或海洋 岩浆岩的成因由地下深处的高温高压熔融的岩浆以侵入 intrusive 或喷出 effusive 方式直接冷凝而成 一 岩浆岩 49 28 岩浆岩的产状 岩浆岩的空间位置 形态和岩体大小 以及与周围岩石相接触的关系 一 岩浆岩 50 28 岩浆岩的产状示意图 岩基 岩株 岩盖 岩床 岩墙 火山颈 岩脉 岩被 火山锥 熔岩流 破火山口 一 岩浆岩 51 28 volcano 一 岩浆岩 52 28 花岗岩的矿物成分 一 岩浆岩 岩浆岩物质成分主要是硅铝酸岩矿物 还有一部分金属硫化物 氧化物及挥发性物质 按矿物颜色和化学成分分为浅色矿物 硅铝矿物深色矿物 铁镁矿物按SiO2含量分为超基性岩 基性岩 中性岩 酸性岩 53 28 岩浆岩的结构 texture 指组成岩石的矿物结晶程度 晶粒大小 形状 以及它们的相互组合关系 可反映岩浆成分和岩浆冷凝时的物理环境 按矿物结晶程度分为 全晶质结构 是深成岩和浅成岩的结构特征 如花岗岩半晶质结构 是浅成岩和喷出岩的结构特征 如流纹岩非晶质结构 是喷出岩所特有的结构特征 如黑曜岩 按矿物颗粒的绝对大小分为 显晶质结构 粗粒 中粒 细粒 微粒 隐晶质结构 玻璃质结构按颗粒的相对大小分为 等粒 不等粒 斑状和似斑状 一 岩浆岩 54 28 岩浆岩的构造 structure 指矿物在岩石中的排列顺序和充填方式 常见构造 块状构造 全部侵入岩 部分喷出岩流纹状构造 反映岩浆喷出地表后流动的痕迹 如流纹岩气孔状构造 喷出岩的构造 如玄武岩杏仁状构造 喷出岩的构造 如安山岩 一 岩浆岩 55 28 岩浆岩的分类分类依据岩石的化学成分 矿物组成 结构 构造 形成条件和产状步骤首先 根据岩浆岩的化学成分其次 根据岩浆岩的形成条件进一步考虑岩浆岩的产状 结构 构造等因素 一 岩浆岩 56 28 岩浆岩分类简表 一 岩浆岩 57 28 一 岩浆岩 常见的岩浆岩 侵入岩 花岗岩 闪长岩 正长岩 辉长岩 辉绿岩火山喷出岩 流纹岩 安山岩 玄武岩 58 28 花岗闪长岩 玄武岩 一 岩浆岩 59 28 公园里的花岗岩装饰 一 岩浆岩 60 28 1 常见的三大类岩石包括哪些 2 岩浆岩常见的矿物成分 结构 构造有哪些 3 按SiO2的含量不同 岩浆岩可划分为哪四种类型 复习思考题 1 什么是矿物 2 矿物的物理力学性质有哪些 3 说出几种常见的矿物 4 矿物肉眼鉴定的注意事项 61 28 成因 地表岩石破坏 搬运 沉积 硬结成岩 物质组成 碎屑矿物黏土矿物化学沉积矿物 方 白 有机质及生物残骸 二 沉积岩 62 28 沉积岩的结构 泥质结构化学结构 结晶结构 生物结构 二 沉积岩 碎屑结构 砾状结构 砂质结构 粉砂质结构 中粒结构 细粒结构 粗粒结构 63 28 沉积岩的构造 指其组成部分的空间分布及其相互间的排列关系 层理构造 stratification 层面构造 beddingplane 化石结核 二 沉积岩 64 28 层理构造 是沉积岩在形成过程中 由于沉积环境的改变 使先后沉积的物质发生变化而显示出来的成层现象 层 层面 岩层厚度 夹层 尖灭层 透镜体的概念水平层理 比较稳定的水动力条件下单斜层理 单向水流所造成的交错层理 水流的运动方向频繁变化所造成波状层理 流体发生波动情况下形成 二 沉积岩 65 28 层面构造 beddingplane 指岩层层面上由于水流 风 生物活动 阳光暴晒等作用下的痕迹 波痕泥裂雨痕化石 经石化作用保存在沉积岩中的动植物遗骸和遗迹称为化石 如三叶虫 鳞木和蚌壳等 结核 成分 结构 构造及颜色等与周围沉积物 岩 不同的 规模不大的团块体 有球状 椭球状 不规则团块状等 二 沉积岩 66 28 沉积岩的分类 根据组成的物质成分和结构特征碎屑岩 由碎屑物质被压紧胶结而成的岩石火山碎屑岩沉积碎屑岩 砾岩 砂岩 粉砂岩 碎屑岩的坚固性与胶结物的性质及胶结形式有密切关系黏土岩化学沉积岩生物化学岩 二 沉积岩 67 28 碎屑岩的胶结物 硅质 颜色浅 强度高铁质 红色 强度较高钙质 颜色浅 易溶解泥质 颜色不定 强度低 a 基底式胶结 b 孔隙式胶结 c 接触式胶结 碎屑岩的胶结类型 二 沉积岩 68 28 沉积岩的分类 根据组成的物质成分和结构特征碎屑岩 由碎屑物质被压紧胶结而成的岩石火山碎屑岩沉积碎屑岩 砾岩 砂岩 粉砂岩 碎屑岩的坚固性与胶结物的性质及胶结形式有密切关系黏土岩 泥岩 页岩化学沉积岩 碳酸盐岩 硅质岩 铁质岩 磷质岩 铝质岩 锰质岩 盐岩和可燃有机岩等生物化学岩 硅藻土 介壳石灰岩 珊瑚礁石灰岩 二 沉积岩 69 28 沉积岩分类简表 二 沉积岩 70 28 常见的沉积岩砾岩及角砾岩 碎屑结构 砾状结构砂岩 碎屑结构 砂质结构粉砂岩 碎屑结构 粉砂质结构页岩 泥质结构泥岩 泥质结构石灰岩 化学结构白云岩 化学结构 二 沉积岩 71 28 砂页岩 硅质灰岩 二 沉积岩 72 28 变质岩 岩石由于地壳运动和岩浆活动等造成物理化学环境的改变 在一定条件下 使原来岩石发生一系列变化 所形成的新的岩石 正变质岩 岩浆岩形成的变质岩 其产状保留原岩浆岩产状 副变质岩 沉积岩形成的变质岩 其产状保留沉积岩的产状 三 变质岩 73 28 成因 岩石受地壳运动及岩浆入侵的高温高压作用和化学成分的加入 改变原结构构造而形成 变质作用的因素 温度 动压力 化学活动性流体变质作用类型 接触变质作用动力变质作用区域变质作用 接触变质带示意图 三 变质岩 74 28 变质岩的矿物成分与岩浆岩或沉积岩所共有的 大多是原岩残留下来的在变质作用中产生的变质岩所特有的矿物变质岩的结构变余结构 残余结构 变晶结构按变晶矿物的相对大小分 等粒变晶结构 不等粒变晶结构 斑状变晶结构按变晶矿物的绝对大小分 粗粒变晶结构 中粒变晶结构 细粒变晶结构 显微变晶结构按变晶矿物颗粒的形状分 粒状变晶结构 鳞片状变晶结构 纤维状变晶结构碎裂结构 碎裂 碎斑 糜棱结构 三 变质岩 75 28 三 变质岩 变质岩的构造 岩石中各种矿物的空间分布特点和排列状态 变余构造 原岩的部分构造特征变余层理构造 变余气孔构造 变余杏仁构造 变余流纹构造变成构造 变质作用形成新的构造板状构造千枚状构造片状构造片麻状构造块状构造 76 28 变质岩分类表 三 变质岩 77 28 常见的变质岩板岩 变余结构或隐晶质变晶结构 板状构造千枚岩 变余结构或变晶结构 千枚状构造片岩 变晶结构 片状构造片麻岩 变晶结构或变余结构 片麻状构造大理岩 变晶结构 块状构造石英岩 变晶结构 块状构造 三 变质岩 78 28 花岗片麻岩 大理岩 三 变质岩 79 28 三大类岩石的肉眼鉴别 岩浆岩的鉴别方法先看颜色 再看结构和构造 然后看矿物成分 沉积岩的鉴别方法先看结构 再看成分 变质岩的鉴别方法先看构造 再看成分 四 三大类岩石的特征对比 80 28 三大类岩石特征对比表 四 三大类岩石的特征对比 81 28 四 三大类岩石的特征对比 82 28 岩石循环转化示意图 四 三大类岩石的特征对比 83 28 1 常见的三大类岩石包括哪些 2 岩浆岩常见的矿物成分 结构 构造有哪些 3 按SiO2的含量不同 岩浆岩可划分为哪四种类型 4 组成沉积岩的主要矿物成分有哪几种 沉积岩的结构 构造特征是什么 5 说明沉积岩的分类方法和常见沉积岩代表性岩石 6 什么是变质作用 变质作用有哪些类型 复习思考题 84 28 7 变质岩的主要矿物组成 结构 构造特征是什么 8 说明三大类岩石在物质组成 结构 构造上的异同 9 试举出各类岩石中的几种常见岩石 花岗岩 闪长岩 砂岩 石灰岩 石英岩 板岩属于哪类岩石 复习思考题 85 28 三大类岩石特征对比表 四 三大类岩石的特征对比 86 28 第三节岩石1 岩浆岩成因 产状 物质成分 结构 构造 分类 常见岩浆岩2 沉积岩成因 物质组成 结构 构造 分类 常见沉积岩3 变质岩成因 矿物成分 结构 构造 分类 常见变质岩4 三大类岩石的特征对比 小结 87 28 第四节岩石的工程地质性质 岩石工程地质性质的常用指标物理性质 physicalproperties 重度 密度 相对密度 裂隙率 空隙率 水理性质吸水性 软化性 透水性 溶解性 抗冻性力学性质强度指标 变形指标影响岩石工程地质性质的因素各类岩石的工程地质性质评述 88 28 物理性质 physicalproperties 重度 密度 unitweight 岩石单位体积的重量 质量 有干重度 湿重度和饱和重度之分 大多数岩石的重度为23 28kN m3 相对密度 比重 specificgravity 固体岩石的重量 质量 与同体积水在4 C时重量 质量 的比值 岩石的比重一般为2 5 3 3 裂隙率 porosity 岩石中裂隙的体积与岩石总体积的比值 坚硬岩石的裂隙率一般小于2 3 一 岩石工程地质性质的常用指标 89 28 吸水性吸水率 在常压条件下 岩石吸入水分的质量与干燥岩石质量之比 饱水率 高压 15MPa 或真空条件下 岩石所吸入水分的最大质量与干燥岩石质量的比值 饱水系数 岩石的吸水率与饱水率的比值 其值越大 岩石的抗冻性越差 水理性质 一 岩石工程地质性质的常用指标 90 28 软化性 指岩石在水的作用下强度及稳定性降低的性质 软化系数 softeningcoefficient 为岩石在饱水状态下的极限抗压强度与风干状态下抗压强度之比 0 75是强软化的岩石 工程性质较差 渗透性 permeability 指岩石允许水透过的能力 溶解性 dissolubility 指岩石溶解于水的性质 抗冻性 frostresistance 指岩石抵抗冰冻作用的能力 抗压强度降低率 20 25 的岩石是抗冻的 崩解性 disintegration 指黏土质岩石吸水膨胀的性质 水理性质 一 岩石工程地质性质的常用指标 91 28 一 岩石工程地质性质的常用指标 表1 7常见岩石的物理性质和水理性质指标表 92 28 力学性质 强度指标 抗压强度 compressivestrength 岩石单向受压时抵抗破坏的能力 抗拉强度 tensilestrength 岩石单向受拉时抵抗破坏的能力 抗剪强度 shearstrength 岩石抵抗剪切破坏的能力 一 岩石工程地质性质的常用指标 93 28 抗剪强度可分为以下三种强度 a 抗剪断强度 在垂直压力作用下的岩石剪断强度 b 抗剪强度 沿着已有的破裂面发生剪切时的强度 c 抗切强度 压应力等于零时的抗剪断强度 岩石的三种抗剪强度试验 一 岩石工程地质性质的常用指标 94 28 一 岩石工程地质性质的常用指标 表1 8常见岩石的抗压 抗剪及抗