工程地质学 第1章 岩石和地质构造.

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1 工程地质学 第1章 岩石和地质构造

2 第1章 岩石和地质构造 地球与岩石 造岩矿物 岩石 地质年代表 地质构造 岩石与岩体的工程性质 土与土层 1.1 1.2 1.3 1.4
1.5 地质构造 1.6 岩石与岩体的工程性质 1.7 第四纪沉积物的成因、类型与特征 1.8 土与土层

3 岩石概述 岩石是由一种或多种矿物自然组合而成的矿物集合体。按其成因可分为： 1.岩浆岩(火成岩)—原生岩石，岩浆冷却；
三大类岩石占地壳体积的比例 2.沉积岩(水成岩)—次生岩石，外力风化； 3.变质岩—变质岩石，内力变质作用。

4 1.3.1 岩浆岩 一、岩浆岩的形成与产状 侵入作用 岩浆作用 喷出作用 岩浆岩是岩浆冷凝形成的岩石，又叫火成岩，占地壳总质量的95%。
岩浆岩 一、岩浆岩的形成与产状 岩浆是存在于上地幔和地壳深处、以硅酸盐为主要成分、富含挥发性物质、处于高温（高达 ℃）、高压（高达数千MPa）状态下的熔融体。 岩浆岩是岩浆冷凝形成的岩石，又叫火成岩，占地壳总质量的95%。 岩浆作用是地壳深部的岩浆受地壳运动影响，沿着地壳中薄弱、开裂地带向地表方向运行、冷凝、固结成岩的过程。 岩浆上升未达到地表，在地壳中冷却凝固，称为侵入作用。 侵入作用 岩浆作用 岩浆喷出地表，在地表冷却凝固称为喷出作用；也叫火山作用。 喷出作用

5 一、岩浆岩的形成与产状 岩浆 喷出岩 喷出地面凝固而成 压力减小，热量散失，最后冷却凝结。 浅成岩 形成深度小于3km
按冷凝的地质环境，岩浆岩分为 喷出岩 喷出地面凝固而成 压力减小，热量散失，最后冷却凝结。 浅成岩 形成深度小于3km 深成岩 形成深度大于3km 以硅酸盐为主要成分、富含挥发性物质、高温高压。 沿构造薄弱带上升 岩浆

6 一、岩浆岩的形成与产状 岩浆岩的产状 是指岩浆岩的形态、大小及其与周围岩体间的相互关系。 深 成 岩 浅 喷 出岩 岩基
体积巨大，形状不规则，面积一般大于100km2,平面上常呈椭圆形。 岩株 是基岩边缘的分枝，深部与岩基相连，面积小于100km2。 浅 岩盘 岩浆沿裂隙上升贯入围岩形成上凸下平的透镜体。 岩盆 岩浆顺层侵入围岩形成下凹盆状。 岩床 岩浆顺层状岩石侵入，形成不规则状侵入体。 岩墙 岩浆侵入围岩层理或片理叙交形成板状岩体称岩墙，厚度从几毫米到几米，长几百米到几十千米。 喷 出岩 中心式喷发 火山颈 裂隙式喷发 火山锥、岩溶流、岩溶被

7 二、岩浆岩的矿物成分 名称 SiO2含量（%） 主要矿物成分 颜色 密度 超基性 岩类 <45%
组成岩浆岩的矿物主要是硅酸盐类矿物；造岩矿物主要为石英、长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石等。 名称 SiO2含量（%） 主要矿物成分 颜色 密度 超基性 岩类 <45% 橄榄石、辉石为主，其次有角闪石，一般不含硅铝矿物 很深 很大 基性岩类 45～52 叙长石、辉石为主，少量角闪石及橄榄石 深 较大 中性岩类 52～65 正长石、叙长石、角闪石为主，少量黑云母及辉石 较深 酸性岩类 >65 石英、正长石为主，少量黑云母和角闪石 浅 小

8 三、岩浆岩的结构和构造 1.岩浆岩的结构 指构成岩石的(单个)矿物的结晶程度、 颗粒大小、形态及彼此之间的组合方式。 1. 按结晶程度划分
● 全晶质结构：岩石全部由结晶的矿物组成。多见于深成侵入岩中，结晶条件好，缓慢结晶的产物 ● 玻璃质结构：岩石几乎全部由未结晶的火山玻璃所组成。多见于火山岩中，是快速冷凝结晶的产物 ● 半晶质结构：岩石由部分晶体和部分玻璃质组成。多见于浅成岩和火山岩中 1. 按结晶程度划分 ● 粗粒结构（粒径>5mm） ●中粒结构（粒径2-5mm） 2. 按颗粒的相对大小划分 ●细粒结构（粒径2-0.2mm） ● 微粒结构（粒径<0.2mm） 等粒结构 不等粒结构 斑状结构 似斑状结构 3. 按晶粒相对大小划分 ● 等粒结构 ●不等粒结构 ●斑状及似斑状结构

9 所反映出来的外貌特征。主要取决于岩浆冷凝时的环境。
三、岩浆岩的结构和构造 流纹状构造 气孔状构造 杏仁状构造 块状构造 指岩石中矿物的空间排列和充填方式 2.岩浆岩的构造 所反映出来的外貌特征。主要取决于岩浆冷凝时的环境。 1.块状构造 侵入岩所具有的构造。 2.气孔状和杏仁状构造 喷出岩所特有的构造。 3.流纹状构造 是粘度较大的火山熔岩流的流动构造。

10 分类依据：岩浆岩的矿物成分、产状、结构与构造特征
四、岩浆岩的分类及鉴定方法 分类依据：岩浆岩的矿物成分、产状、结构与构造特征

11 四、岩浆岩的分类及鉴定方法 主要用肉眼和借助放大镜、小刀等简单工具，对岩石标本的外表结晶
形态、颜色、结构与构造以及某些特殊的特征，进行观察辨识，并 利用岩浆岩的分类特征作为指导，通过对于分析和辨识，作出鉴定。 1）了解来源及产状 4）观察识别岩石的结构和构造，确定岩石的名称。 2）颜色辨识，确定岩石标本的酸性或基性类别； （基性为深色，酸性为浅色） 3）辨识矿物成分，区分岩石类别；

12 在地表浅洼的地方（海洋、湖泊、低地）沉积
沉积岩 在地表常温常压环境中，先前存在的岩石(岩浆岩、变质岩和早期形成的沉积岩) 经风化、搬运、沉积和成岩等地质作用而形成的层状岩石。 岩石遭受风化剥蚀 流水、风、冰川等外力搬运 在地表浅洼的地方（海洋、湖泊、低地）沉积 复杂的成岩作用，形成沉积岩

13 一、沉积岩的特点 1.沉积岩的矿物成分 石英、长石、白云母；火山灰 由先成岩石经物理风化作用产生的组成。 碎屑物质
沉积岩的组成物质中，粘土矿物、方解石、白云石和有机质等是沉积岩所特有，是区别岩浆岩的重要特征。 组成沉积岩的常见矿物有20多种，按成因类型可分为： 石英、长石、白云母；火山灰 由先成岩石经物理风化作用产生的组成。 碎屑物质 由一些含硅酸盐类矿物的岩石，经化学风化作用形成的次生矿物。 高岭石、微晶高岭石及水云母等 粘土矿物 由纯化学作用或生物化学作用从溶液中沉淀结晶产生的沉积物。 化学沉积矿物 方解石、白云石、石膏、石盐、铁锰氧化物或氢氧化物 有机质及生物残骸 由生物残骸或有机化学变化而成的物质。 贝壳

14 一、沉积岩的特点 是指沉积岩的各个组成部分的形态特点(如颗粒的外形、大小、表面性质等)、填充程度、结晶程度等。 2.沉积岩的结构 碎屑结构
砾状结构 碎屑粒径>2mm。 碎屑结构 粗砂结构 碎屑粒径0.5-2mm。 中砂结构 碎屑粒径 mm 岩石中有50%以上的碎屑颗粒被胶结物所胶结，是沉积岩特有的结构 细砂结构 碎屑粒径 mm 粉砂质结构 碎屑粒径0.005~0.075mm 碎屑结构 泥质结构 结晶状结构 生物结构 由粒径<0.005mm的粘土矿物颗粒组成，是泥岩、页岩等粘土岩的主要结构。 泥质结构 结晶结构 由溶液中沉淀或经重结晶所形成的结构。 由生物遗体或碎片所组成，如贝壳结构、珊瑚结构等。 生物结构

15 一、沉积岩的特点 碎屑结构的胶结物 硅质 胶结成分为石英及其他二氧化硅，颜色浅，强度高。
胶结成分为铁的氧化物及氢氧化物。颜色深，呈红色，强度仅次于硅质胶结。 铁质 胶结成分为碳酸钙一类的物质。颜色浅，强度低，具可溶性。 钙质 泥质 胶结成分为粘土。胶结松散，强度低，易湿软、风化。 石膏质 胶结成分为CaSO4。硬度小，胶结不紧密，遇水易膨胀。

16 2.3.2 沉积岩的地质特征 3.沉积岩的构造 是指各组成部分的空间分布和排列方式。 2. 块状构造 1.层理构造 3.层面构造 4.结 核
沉积岩的地质特征 3.沉积岩的构造 是指各组成部分的空间分布和排列方式。 水平层理 单斜层理 交错层理 波痕 泥痕 结核 化石 水平层理、斜交层理、波状层理、波状层理、交错层理 2. 块状构造 岩石层理不清楚，矿物颗粒排列无一定规律 1.层理构造 3.层面构造 波痕、雨痕、泥裂 4.结 核 与沉积岩成分不同的，圆球状或不规则状的无机包裹体 5.化 石 埋藏在沉积岩中的古代生物遗体或遗迹

17 二、沉积岩的分类 1.按组成成分、结构和形成条件，分为：

18 二、沉积岩的分类 续上表

19 二、沉积岩的分类 2.常见的沉积岩 火山角砾岩 火山碎屑岩 凝灰岩 碎屑岩类 砾岩及角砾岩 沉积碎屑岩 砂岩 粉砂岩 页岩 粘土岩类 泥岩
石灰岩 白云岩 泥灰岩 化学及生物化学岩类

20 常见的沉积岩 丽江砾岩 丽江砾岩 (1)砾岩及角砾岩 砾状结构，50％以上粒径大于2mm的砾或角砾胶结而成，块状构造。硅质胶结的石英砾岩，非常坚硬，开采加工较困难，泥质胶结的则相反。 (2)砂岩 砂粒主要成分为石英、长石及岩屑等，砂状结构，层理构造。砂岩为多孔岩石，孔隙愈多，透水性和蓄水性愈好。是石油、天然气和地下水的聚集所。 (3)粉砂岩 粉砂岩质结构，水平层理清晰，由50％以上粒径在0.002—0.074mm的粉砂粒胶结而成的。由石英、长石和粉粒及粘土矿物所组成，胶结物多为泥质。结构疏松，强度和稳定性不高。

21 常见的沉积岩 （4）泥岩 主要由粘土矿物经脱水固结而形成，具粘土结构，层理不明显，呈块状构造，固结不紧密、不牢固。强度较低，一般干试样的抗压强度约在5—30MPa之间。 （5）页岩 是泥质岩的一种。页岩是分布最为广泛的一种沉积岩，约占大陆沉积物的69%。主要由粘土矿物经脱水固结而形成，粘土结构，页理构造，富含化石。一般情况下，页岩岩性松软，易于风化呈碎片状，强度低，遇水易软化而丧失其稳定性。

22 常见的沉积岩 （6）石灰岩 主要由方解石组成，次要矿物有白云石、粘土矿物等。化学结晶结构，生物结构，块状构造。石灰岩致密、性脆，一般抗压强度较差。是烧制石灰和水泥的重要原材料，也是用途很广的建筑石材。 （7）泥灰岩 主要由方解石和粘土矿物(含量在25％-50％)组成，化学结晶结构，块状构造，滴稀盐酸剧烈起泡，留下土状斑痕。抗压强度低，遇水易软化，可做水泥的原料。 泥灰岩

23 变质岩 一、变质作用与变质岩 地壳中的原岩受构造运动、岩浆活动、高温、高压及化学活动性很强的气体和液体影响，其矿物成分、结构、构造等发生一系列的变化，这些变化称为变质作用。 原有岩石经变质作用后形成的新岩石，称为变质岩。 1.变质作用的影响因素 压力 静压力，引起矿物体积变小； 定向压力，使岩石发生柔性变形或机械破碎，或使矿物定向生长。 温度 高温引起岩石重结晶或使岩石中某些矿物成分发生化学反应。 化学活泼性流体 与原岩中的矿物接触发生化学交替或分解作用，形成新的矿物。

24 一、变质作用与变质岩 变质作用形成于地壳一定的深度，发生于一定的温度和压力范围； 沉积岩是在地表或近地表常温常压条件下；
岩浆岩形成是高温高压条件； 变质作用中的矿物转变是在固态情况下完成的，岩浆岩那种从液态的岩浆中结晶形成的。 变质岩与沉积岩和 岩浆岩区别

25 一、变质作用与变质岩 热液变质作用 接触变质作用 区域变质作用 动力变质作用 2.变质作用的类型
岩浆侵入地壳时岩浆与围岩相互作用，挥发出气体和分离出热液，在高温高压条件下，使围岩的化学成分改变，形成新的矿物。 由于岩浆的侵入，在岩浆高温的条件下，使接触带的围岩产生重结晶或产生新的矿物 。 岩石因构造运动而产生的变质作用，成动力变质作用。常与较大的断层带伴生，产生的岩石有断层角砾岩和糜棱岩。 大规模地壳运动和岩浆活动使地下深处广大地区岩石发生变质。

26 二、变质岩的特点 1.变质岩的矿物成分 原岩残留的矿物 变质作用产生的新矿物 为变质岩所特有 岩浆岩残留：石英、长石、角闪石、黑云母等；
沉积岩残留：方解石、白云石、粘土矿物等。 原岩残留的矿物 绢云母、红柱石、硅灰石、石榴子石、滑石、十字石、阳起石、蛇纹石、石墨等。 变质作用产生的新矿物 为变质岩所特有

27 二、变质岩的特点 2.变质岩的结构 变余结构 变晶结构 碎裂结构 3.变质岩的构造 片理构造 非片理构造 为变质岩所特有
变质作用后，重结晶作用不完全，原岩的一部分成分和结构被保留下来。如变余砂状结构。 变余结构 变晶结构 是变质岩最常见的结构，是岩石变质作用过程中重结晶所形成的结构。如粒状变晶结构。 碎裂结构 岩石受力后合矿物发生弯曲、破裂甚至粉碎，后又被胶结起来的结构，如糜棱结构。 3.变质岩的构造 片理构造 板状构造、千枚状构造、片状构造和片麻状构造 非片理构造 为变质岩所特有 块状构造

28 三、变质岩的分类及主要变质岩 1.变质岩分类 变质作用 岩石名称 结构 构造 主要矿物成分 区域变质（由板岩至片麻岩变质程度逐渐加深） 板岩
变余 片 理 构 造 板状 粘土矿物、云母、绿泥石、石英、长石等 千枚岩 千枚状 绢云母、石英、长石、绿泥石、方解石等 片岩 变晶 片状 云母、角闪石、绿泥石、石墨、滑石等 片麻岩 片麻状 石英、长石、云母、角闪石、辉石等 热力变质或区域变质 大理岩 非 块状 方解石、白云石 石英岩 石英 交代变质 云英岩 白云母、石英 蛇纹岩 隐晶 蛇纹石 动力变质 断层角砾岩 压碎 岩石、矿物碎屑 糜棱岩 糜棱 石英、长石、绿泥石、绢云母

29 三、变质岩分类及主要变质岩 二、主要变质岩简介
（1）片岩 具有片状构造，鳞片状变晶结构。主要由片状或柱状矿物(云母、绿泥石、滑石、角闪石等)呈定向排列构成。很多片岩都具有平行的皱纹，这是因为各个方向的作用力不同引起的。 （2）片麻岩 具典型的片麻状构造，粒状变晶或变余结构，晶粒粗大，肉眼可辨识。片麻岩可做建筑石材和铺路原料。片麻岩上的条状是由岩石中不同比例的矿物分布形成的，另外，颗粒大小也可产生条带状。 （3）板岩 板块构造，隐晶变晶结构。主要矿物成分为粘土矿物及绢云母、石英、绿泥石等，晶粒极细，不易肉眼辨识，片理厚。 片岩 板岩 片麻岩

30 二、主要变质岩简介 （4）千枚岩 显微变晶片理发育面上呈绢丝光泽的低级变质岩。典型的矿物组合为绢云母、绿泥石和石英，可含少量长石及碳质、铁质等物质。 （5）大理岩 块状构造，等粒状变晶结构。主要成分为方解石、白云石等碳酸盐类矿物，其方解石和白云石含量在50%以上。因云南大理盛产此岩石而得名。大理岩具有各种美丽的颜色和花纹，常见的颜色有浅灰、浅红、浅黄、兰色、褐色、黑色等，产生不同颜色和花纹的主要原因是大理岩中含有少量的有色矿物和杂质。 （6）石英岩 块状构造，粒状变晶结构。主要由石英组成的变质岩。是石英砂岩及硅质岩经变质作用形成。质地坚硬，强度很高，抗风化能力强，是良好的建筑石料。 千枚岩 大理岩 石英岩 BACK

31 三大类岩石的关系 一、三大类岩的转换关系

32 二、三大类岩的异同 三大岩的异同 特性 岩浆岩 沉积岩 变质岩 产状 侵入岩：岩基、岩株、岩盘、岩床、岩墙等 喷出岩：熔岩流、熔岩被
层状产出 一般与变质前的原岩产状相同 矿物成分 石英、长石、角闪石、辉石、云母、橄榄石等 除石英、长石等碎屑矿物外，有在沉积过程中形成的方解石、白云石和粘土矿物等 石英、长石、云母、角闪石、辉石等继承矿物外，有石榴子石、红柱石、十字石、蓝晶石、石墨、绢云母等变质矿物 结构 大部分为粒状、斑状结构，部分为隐晶质、玻璃质结构 碎屑结构（砾、砂、粉砂），泥质结构，化学结构（粒状、面状、致密块状、胶体状） 变晶结构 变余结构 碎裂结构 构造 块状、流纹、气孔、杏仁构造 层理构造：平行、斜交、交错层理；层面构造：波痕、雨痕、冲刷痕、沟痕等 大部分为片理构造：片麻状、片状、千枚状、板状部分为块状构造

33 1.4 地质年代表 一、地质年代及划分原则 地层层序法 生物层序法 地层接触关系
1.4 地质年代表 一、地质年代及划分原则 地球形成至今已有46亿年，对整个地质历史时期，地球的发展演化及地质事件记述需要一套相应的时间的概念，即地质年代。 相对地质年代 地质年代的表示方法 确定方法：一般根据放射性同位素的蜕变规律，来测定岩石和矿物的年龄。 地层层序法 生物层序法 地层接触关系 绝对地质年代 工程地质及土力学 地质年代表

34 二、地质年代表 地质年代单位 宙、代、纪、世、期 地层年代单位 宇、界、系、统、阶 工程地质及土力学 地质年代表

35 地质年代表 新生早晚三四纪，六千万年喜山期； 中生白垩侏叠三，燕山印支两亿年； 古生二叠石炭泥，志留奥陶寒武系； 震旦青白蓟长城，海西加东到晋宁。 工程地质及土力学 地质年代表

36 考 核 要 求 总 结 识记 领会 1、岩浆岩、沉积岩和变质岩的分类的主要种类及几种主岩样的名称和特征； 2、地质年代划分表；
1、三大类岩石的分类原则和表观鉴定方法；