工程地质矿物部分第1章 岩石及其工程地质性质

第1章岩石及其工程地质性质,概述（地球的圈层结构）1.1造岩矿物,a=b=6378.140c=6356.755,参考书目：地球科学导论刘本培蔡运龙主编高等教育出版社2002年,概述地球是太阳系的一颗普通行星。地球在已知宇宙中不过是渺小的“沧海一粟”。但地球是宇宙中目前已知适合人类居住的唯一家园，是一颗与人类生存命运相关的最不平凡的星球。地球的赤道半径=6378.1km地球的两极半径=6356.7km地球的平均半径=6371km地球的表面积5.1亿km2，其中海洋占71%，陆地占29%。海底和地表形态高低起伏，陆地有高山、丘陵、平原和盆地。海底有海沟和海底山等。,太阳系八大行星,四大圈层,外部圈层包括岩石圈、大气圈、水圈、生物圈。岩石圈指地球表层由固体岩石组成的圈层；大气圈指环绕地球的由气体组成的圈层；水圈指地球表层由各种形式存在的水组成的圈层；生物圈指地球表层所有活着的有机体组成的圈层。,岩石圈包括全部地壳（陆壳和洋壳）和上地幔顶部的橄榄岩层（莫霍面以下，软流圈以上），它是一个力学性质基本一致的刚性整体。,岩石圈、大气圈、水圈和生物圈的相互联系,地球的圈层结构,地球内部圈层的形成，一般认为是由于地球内部加热、原始物质分异和分层作用共同产生的结果。依据圈层的特点可分为：地壳地幔地核,地球内部圈层,陆壳及上地幔,地球内部圈层图,地震波在地球内部的传播,地球各圈层的组成及密度,地壳明显地存在上下两层：上硅铝层，也称为花岗质层，只存在于大陆；下硅镁层，也称为玄武质层，分布于全球。,大陆地壳大洋地壳,地壳的结构特征,大陆地壳大洋地壳厚度大薄双层单层O,Si,Al,KO,Si,Mg,Fe年代老新,2.1主要造岩矿物,造岩矿物：固体，无机元素或元素化合物,岩石：岩浆岩、沉积岩和变质岩,岩石圈,矿物的概念和用途,矿物的概念矿物：在一定的地质条件下形成，具有一定的化学成分和物理性质，并在一定的物理化学条件下稳定存在的单质或化合物叫矿物。矿物是组成岩石和矿石的基本单位。矿物的用途宝石钻石（金刚石），红蓝宝石（刚玉），水晶（石英）观赏石各种矿物晶体、矿物集合体提炼金属黄铜矿，磁铁矿，闪锌矿，方铅矿等等。研磨材料刚玉，金刚石，黄玉，石榴子石，石英等。光学材料冰洲石，云母，萤石，石英等。化工原料黄铁矿，石盐，雄黄，雌黄，磷灰石，石膏等。耐火材料铝土矿，红柱石，矽线石，滑石，蛇纹石，菱镁矿等保温、绝缘材料石棉，蛭石等陶瓷原料高岭石，硅灰石，正长石，斜长石等。其它用途药用，农用，造纸，颜料，添加剂，冶金熔剂等。,翡翠,硬玉（缅甸玉）,价值数千万,硬玉是钠和铝的硅酸盐，归入辉石矿物；而软玉则是钙和镁的硅酸盐，属闪石矿物。,造岩矿物,1.矿物形态2.矿物的光学性质3.矿物的力学性质4.常见造岩矿物,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。,矿物常从与岩浆岩伴生的热液中结晶生成。,地壳中的常见元素,矿物的形态,a.晶体b.单体形态c.集合体形态,造岩矿物绝大部分是结晶质。组成矿物的元素质点在矿物内部按一定的规律排列，形成稳定的结晶格子构造生成具有一定几何外形的晶体。,石墨,金刚石,结晶习性虽然每种矿物都有它自己的结晶形态，但由于晶体内部构造不同，结晶环境和形成条件不同，以致晶体在空间三个相互垂直方向上发育的程度也不相同。在相同条件下形成的同种晶体经常所具有的形态，称为结晶习性。大体可以分为三种类型：,3)三向等长-粒状石榴子石晶体,2)二向延展-板状黑云母晶体,1)一向延长-柱状石英晶体,晶形,在一定条件下（如晶体生长较快，生长能力较强，生长顺序较早，或有允许晶体生长的空间晶洞、裂缝等），矿物可以形成良好的晶体。晶体形态多种多样，但基本可分成两类：一类是由同形等大的晶面组成的晶体，称为单形，一类是由两种以上的单形组成的晶体，称为聚形。,裂开的方解石菱形晶体,集合体,紫晶洞晶簇,250万，成龙,结核状,肾状,钟乳状,树枝状,鲕状赤铁矿,放射状,花瓣状,针状,双晶,212矿物的物理性质,矿物的物理性质，决定于矿物的化学成分和内部构造。矿物的物理性质，是鉴别矿物的重要依据。肉眼鉴别矿物所依据物理性质主要有：,1.颜色2.光泽3.透明度4.条痕5.硬度6.解理、断口7.比重,矿物的物理性质,矿物的物理性质1.颜色,矿物的颜色，是矿物对可见光波的吸收作用产生的。按成色原因分为：,自色,他色,假色,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，多呈灰绿、褐绿、黑绿以至黑色；含硅、铝、钙等成分多的矿物，如石英、长石、方解石等，颜色较浅，多呈白、灰白、淡红、淡黄等各种浅色。,角闪石,黑云母,长石,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。如纯净的石英晶体是无色透明的，混入杂质就呈紫色、玫瑰色、烟色。由于他色不固定，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。,矿物的物理性质2光泽矿物表面呈现的光亮程度，称为光泽。矿物的光泽是矿物表面的反射率的表现，按其强弱程度，分金属光泽、半金属光泽和非金属光泽。,矿物的光泽,注意：矿物肉眼鉴定时，根据矿物新鲜平滑的晶面、解理面或磨光面上反光能力的强弱，同时配合矿物的条痕和透明度进行光泽等级的判定。金刚光泽、玻璃光泽（半金属光泽）统称为非金属光泽。,金刚光泽（辰砂）,金属光泽（金）,半金属光泽（针铁矿）,玻璃光泽（水镁石）,金属光泽（黄铁矿）,半金属光泽（铬铁矿）,金刚光泽（金刚石）,玻璃光泽（水晶）,造岩矿物绝大部分属于非金属光泽。由于矿物表面的性质或矿物集合体的集合方式不同，又会反映出各种不同特征的光泽。,1.玻璃光泽反光如镜，如长石、方解石解理面上呈现的光泽。,2.珍珠光泽光线在解理面间发生多次折射和内反射，在解理面上所呈现的像珍珠一样的光泽，如云母等。,3.丝绢光泽纤维状或细鳞片状矿物，由于光的反射互相干扰，形成丝绢般的光泽，如纤维石膏和绢云母等。,4.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。,5.蜡状光泽像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。,6.土状光泽矿物表面暗淡如土，如高岭石等疏松细粒块体矿物表面所呈现的光泽。,矿物的物理性质.矿物的透明度,矿物的物理性质.条痕,矿物的物理性质.硬度矿物抵抗外力刻划、研磨的能力，称为硬度。由于矿物的化学成分或内部构造不同，所以不同的矿物常具有不同的硬度。硬度是矿物的一个重要鉴定特征。鉴别矿物硬度的方法摩氏（德国F.Mohs）硬度计（相对硬度）。,摩氏硬度计（En),矿物的物理性质解理、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。根据解理的完全程度，可将解理分为以下几种：(1)极完全解理极易裂开成薄片，解理面较大而平整光滑，如云母、石膏等。(2)完全解理常沿解理方向开裂成平滑小块或薄板，解理面相当光滑，如方解石。(3)中等解理解理面往往不能一劈到底，不很光滑，且不连续，常呈现阶梯状，如普通角闪石、普通辉石等。(4)不完全解理,解理程度很差，在大块矿物上很难看到解理，只在细小碎块上才可能看到不清晰的解理面，如磷灰石。（5）极不完全解理（无解理）如石英、磁铁矿等。,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。,二组解理,一向解理,三向解理,二向解理,多向解理,方解石的菱面体解理,矿物解理的完全程度和断口是互相消长的。如不具解理的石英，则只呈现贝壳状的断口。,断口,参差状断口（黄铁矿等）,锯齿状断口（自然银）,土状断口（高岭石）,燧石的贝壳状断口,燧石为玉髓的隐晶结构,暗色的燧石,燧石是古人类制作石器的主要材料,矿物的物理性质7.比重,比重：矿物重量与4时同体积水的重量之比，称为矿物的比重。轻矿物13.5：石英、长石等造岩矿物；重矿物3.66：赤铁矿、闪锌矿等金属化合物；极重矿物6：金、方铅矿等重金属矿物。,矿物的其它性质,磁性：矿物可被磁铁吸引或本身能吸引铁屑等物体的性质。一些含铁、钴、镍等矿物有磁性，如磁铁矿。,电性导电性：导体（金属矿物）、绝缘体（非金属矿物）、半导体；压电性：某些矿物晶体具有机械能和电能互相转换的能力，如压电石英。,发光性：矿物在外来能量（如紫外线、X射线、加热等）的激发作用下而发出可见光的性质。分荧光（力消则灭）和磷光两种。如萤石、钻石等等。,矿物分类表,（造岩）矿物类型,1自然元素2硫化物3氧化物和氢氧化物4卤化物5含氧盐碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐,造岩矿物表,各种测试方法的主要研究内容,硅酸盐矿物,几种非硅酸盐矿物,矿物的鉴定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。对矿物的物理性质进行测定时，应找矿物的新鲜面，风化面不能反映真实情况。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，鉴别时利用这个特点，即可较正确地鉴别矿物。,常见的主要造岩矿物及其物理性质，见教材。,黄铁矿,化学成分为FeS2，含硫量达53.45，工业上称硫铁矿，是提取硫磺和制造硫酸的主要矿物原料。黄铁矿含铁量虽达46.55,但远低于磁铁矿和赤铁矿,而且因含硫高，冶炼时不易处理,影响产品性能，故一般不用作炼铁的原料。黄铁矿呈浅黄铜色,金属光泽,粉末则呈绿黑色。摩斯硬度66.5，比重5.0。黄铁矿是地壳中分布最广的一种硫化物矿物,经常呈立方体、块状集合体。,磁铁矿,化学成份为Fe3O4或FeOFe2O3，晶体常为小八面体，有时为菱形十二面体，通常呈粒状或块状集合体。铁黑色，条痕黑色，金属或半金属光泽，不透明。硬度5.56。解理不清楚，性脆。比重4.95.2。具有强磁性。,赤铁矿,化学成份为Fe2O3包括两类：一类为镜铁矿，晶体多为板状、叶片状、鳞片状及块状集合体。钢灰色至铁黑色，条痕