第一章礦物和巖石11

土木工程地質第1章礦物與巖石

——地球基本知識一、外部地球古代人們的認識：①古代中國：大地由鰲魚駝著；②古代俄羅斯：大地托在三條鯨魚身上；③古印度：大地在四只象身上，而象站在一只烏龜身上；④古巴比倫：大地直接浮在大洋表面；⑤古希臘：天體繞圓形軌道運行，天體是圓的?，F代人們的認識：哥白尼→布魯諾→伽利略地球是個軸向稍扁的旋轉橢球體，如南瓜、燈籠……

赤道半徑a=6378.140km,

兩極半徑c＝6356.755km,

平均半徑(a2c)1/3=6371.004km地球在宇宙中是個極為普通的星球從太空看地球對于地球的一些有意思的推測地球平均密度為5.5，地球以29.76km/sec的速度繞太陽轉動，還以11.2km/sec的赤道速度自轉，每天自轉一周。

推測：①地球的平均密度為5.5g/cm3，而地殼巖石的密度為

2.65g/cm3左右，那么地球內部一定存在高密度物質；②地球的球形形狀，說明它可能經歷過熔融或軟化階段（小行星、星際碎塊都是形狀不規(guī)則的）；③旋轉橢球形是自轉的結果，說明地球具有一點塑性；

二、內部地球人們通過鉆探(深12262米，前蘇聯)了解淺部地球的的組成情況，通過對地震波波速及傳播性質的確定來探知更深處的結構。前蘇聯科拉鉆井：1970-1993石油鉆機地震探測地球結構軟流圈巖石圈上地慢土木工程地質第1章礦物與巖石

——主要造巖礦物一、礦物概述概念：在地殼中天然形成的，具有一定化學和物理性質的自然元素或化合物，通常是無機作用形成的均勻固體。石英（SiO2）方解石（CaCO3）礦物的物理性質1、礦物的形態(tài)按照形體分：固態(tài)、液態(tài)(自然汞）顯晶質礦物（結晶條件良好）結晶質礦物隱晶質礦物（結晶條件不好）按照結晶情況分：玻璃礦物-火山玻璃非晶質礦物膠體礦物-蛋白石單體形態(tài)：白云母（片狀）云母（鱗片狀）斜長石（板狀）石英（柱狀）

黃鐵礦（立方體狀）

方解石（菱面體狀）集合體形態(tài)粒狀塊狀（白云石）土狀（高嶺石）豆狀（赤鐵礦）腎狀（赤鐵礦）鮞狀（赤鐵礦）纖維狀（石膏）鐘乳狀（方解石）2、礦物顏色自色：礦物本身固有顏色按照礦物的成色原因分：他色：礦物中混有其他雜質假色：礦物內部裂隙，光折射黃鐵礦的銅黃色紫水晶的紫色礦物表面虹彩3、礦物條痕礦物在白色無釉瓷板上刻劃所留的痕跡，稱為條痕?？稍阼b定礦物時消除假色，減弱他色。4、光澤礦物表面對光的折射能力金屬光澤、半金屬光澤、非金屬光澤半金屬光澤金屬光澤金剛光澤玻璃光澤油脂光澤珍珠光澤絲絹光澤土狀光澤5、透明度礦物透過可見光的程度。

透明礦物、半透明礦物不透明礦物半透明礦物透明礦物不透明礦物6、硬度概念：是礦物受刻畫時所表現出來的強度，是礦物抵抗刻畫的能力。

德國礦物學家摩氏(F.Mohs)取自然界常見的十種礦物作為標準，將硬度分為1度到10度十個等級，即摩斯硬度標準，也稱為摩氏硬度計。滑石（硬度1）石膏（硬度2）方解石（硬度3）螢石（硬度4）磷灰石（硬度5）正長石（硬度6）石英（硬度7）黃玉（硬度8）剛玉（硬度9）金剛石（硬度10）

測試硬度的簡便物件7、解理概念：在外力敲擊下，礦物沿一定結晶平面破裂的固有特征稱為解理。極完全解理、完全解理、中等解理、不完全解理方解石（完全解理）云母（極完全解理）在外力作用下，可以沿著解理方向裂成平面。解理面不太平滑，易出現斷口。如白鎢礦、普通輝石等。

中等解理礦物在外力作用下，不容易裂出解理面。解理面不平整，容易成為斷口。如磷灰石等。

不完全解理8、斷口概念：不具有解理的礦物，在捶擊后沿任意方向產生不規(guī)則斷裂。常見的斷口形式有：貝殼狀、平坦狀、鋸齒狀、土狀等。貝殼狀斷口蛇紋石平坦狀斷口9、密度礦物的密度取決于組成元素的相對原子質量和晶體結構的緊密程度。二、主要造巖礦物及其鑒定特征

礦物鑒定方法：先觀察顏色↓然后鑒定硬度↓最后觀察解理、斷口及其它特征確定出礦物的名稱

序號名稱及化學成分形狀顏色解理與斷口硬度鑒定特征圖片

1石英

SiO2

六方柱塊狀無色乳白無貝殼狀7無色硬度很大，無解理，貝殼斷口，油脂光澤2正長石

KALSi3O8

柱狀薄板狀肉紅灰白兩組一組完全，一組中等6肉紅色粗短柱狀兩向正交解理3斜長石（Na,Ca）ALSi3O8

板狀短柱狀灰白兩組一組完全，一組中等6灰白色板狀兩向斜交解理序號名稱及化學成分形狀顏色解理與斷口硬度鑒定特征圖片

4白云母片狀無色白單向極完全2.5~3無色，白色薄片有彈性5黑云母片狀黑棕黑單向極完全2.5~3深色，薄片有彈性，一組極完全解理6角閃石長柱狀深綠至黑色兩組完全6

綠黑色，長柱狀7輝石短柱狀粒狀綠黑至黑色兩組完全6綠黑或黑色，短柱狀序號名稱及化學成分形狀顏色解理與斷口硬度鑒定特征圖片

8橄欖石(Mg,Fe)2SiO4

粒狀集合體橄欖綠無，貝殼狀6.5~7橄欖綠色，粒狀集合體9方解石

CaCO3

菱面體，塊體白，褐紅三組完全3菱形塊體與HCl劇烈反應10白云石(Mg,Ca)CO3

菱面體，塊體灰白三組完全3.5~4菱形塊體與HCl微反應11硬石膏

板狀，柱狀無色，灰白三組完全3~3.5灰白，三組完全解理面，遇水膨脹序號名稱及化學成分形狀顏色解理與斷口硬度鑒定特征圖片

12石膏CaSO4·2H2O

板狀，纖維狀無色，灰白單向完全1.5~2板狀或纖維狀，一組完全解理13滑石

Mg3Si4O10(OH)2

塊狀，鱗片狀灰白，淡紅單向完全1淺灰色，有滑感，性軟14綠泥石

(Mg,Fe)5Al

(AlSi3O10)(OH)8

鱗片狀集合體深綠單向完全2~2.5深綠，鱗片狀集合體，薄片有撓性序號名稱及化學成分形狀顏色解理與斷口硬度鑒定特征圖片

15高嶺石

Al4Si4O10(OH)8

鱗片狀土狀白灰黃單向完全1~3性軟，粘舌，有可塑性16伊利石

KAl5Si7O20(OH)4

鱗片狀土狀白淺黃等單向完全1性軟，有可塑性17蒙脫石

Al4Si8O20(OH)4

土狀白淺紅等單向完全1~2性軟，滑膩，吸水膨脹序號名稱及化學成分形狀顏色解理與斷口硬度鑒定特征圖片

18赤鐵礦

Fe2O3

塊狀，鮞狀紅褐，鐵黑無，土狀5.5~6紅褐至鐵黑色，條痕纓紅色19蛇紋石Mg6Si4O10(OH)8

塊狀，纖維狀黃綠至黑色無，貝殼狀3~3.5綠黑，深綠，有斑狀色紋似蛇皮20磷灰石

Ca5(PO4)3(F,Cl)針狀六面柱體白，綠不完全5灰白色，呈多種集合形態(tài)土木工程地質第1章礦物與巖石

——巖漿巖幾組精彩火山圖片2009.3.18-湯加火山爆發(fā)海南島瓊北火山長白山天池——火山口湖黑龍江五大連池一、巖漿巖的成因概述由巖漿冷凝固結形成，以硅酸鹽為主要成分，富含揮發(fā)性物質，在上地幔和地殼深處形成高溫高壓熔融體。巖漿巖分布占地球表面積的7%，占地殼巖石體積的64.7%?；鹕藉F火山灰熔巖流巖床巖基巖盤火山頸分類①按照成分分：基性巖漿：富含鐵、鎂氧化物，粘性小。酸性巖漿：富含鉀、鈉、硅酸，粘性大。②按巖漿形成時的運動特征：侵入巖：巖漿沿地面薄弱部位上升冷卻。噴出巖：巖漿噴出達到地表形成。

熔巖：巖漿溢出地表，冷凝形成?；鹕剿樾紟r：巖漿或其碎屑物質被火山猛烈噴發(fā)，回落地面。二、巖漿巖的產狀巖漿巖的產狀是指巖漿巖巖體的形態(tài)、大小及其與周圍圍巖的關系。侵入巖產狀巖基、巖株、巖盤（巖盆）、巖床、巖墻和巖脈噴出巖產狀熔巖流：巖漿流出地面形成面積廣大的熔巖流，由于火山噴發(fā)的間歇性，在垂直方向上具有不同噴發(fā)期的層狀構造。火山錐及熔巖臺地：粘性大的巖漿沿火山口噴出，流動性較小，和火山碎屑粘結在一起，形成以火山口為中心的錐狀山體。三、巖漿巖的結構概念：指巖石中礦物的結晶程度、晶粒的大小、形狀及它們之間的相互關系。其結構特點與巖漿的化學成分、物理化學狀態(tài)及成巖環(huán)境密切相關。按結晶程度分類

1、全晶質結構巖石全部由結晶礦物組成，巖漿冷凝速度慢。

2、半晶質結構同時存在結晶質和玻璃質的一種巖石結構，見于噴出巖。

3、玻璃質結構巖漿噴出迅速冷卻，礦物來不及結晶。全晶質結構玻璃質結構半晶質結構按礦物顆粒絕對大小分類

1、顯晶質結構

2、隱晶質結構中粒結構(花崗巖)粒徑1～5mm粗粒結構（輝長巖）粒徑＞5mm細粒結構（閃長巖）粒徑0.1～1mm偉晶結構(偉晶巖)粒徑＞10mm隱晶質結構（玄武巖）按照礦物顆粒的相對大小分類

1、等粒結構2、不等粒結構3、斑狀結構等粒結構斑狀結構斑晶基質斑狀結構，正長巖斑狀結構四、巖漿巖的構造概念：巖石中礦物的空間排列和充填方式。流紋狀構造塊狀構造氣孔狀構造杏仁狀構造枕狀構造五、巖漿巖的化學成分和礦物成分化學成分

SiO2、Al2O3、Fe2O3等，其中以SiO2含量的多少劃分巖漿巖的種類。巖漿巖的礦物成分主要礦物30多種，常見的有十幾種，按照顏色分從淺到深，硅、鋁（長石、石英、白云母）→鎂、鐵（黑云母、角閃石）根據造巖礦物的含量可以把巖漿巖造巖礦物分為：主要礦物：巖石中含量較多，對劃分巖石有決定性作用。次要礦物：巖石中含量較少，對于劃分巖石大類不起作用，但是在本大類巖石命名中起重要作用。

副礦物：巖石中含量極少對巖石命名不產生影響。六、巖漿巖分類巖漿巖分類表顏色淺深巖漿類型酸性中性基性超基性SiO2

含量（％）＞65%65～52%52～45%＜45%石英含量（％）＞20%＜5%＜5%無或很少無長石種類及含量鉀長石＞斜長石鉀長石為主斜長石為主斜長石為主一般無長石以黑云母為主，角閃石次之10～15%以角閃石為主，黑云母、輝石次之15～40%以角閃石為主，黑云母、輝石次之15～40%主要為輝石，可有角閃石、黑云母、橄欖石等＜90%橄欖石輝石＞90%噴出巖巖鐘巖流杏仁氣孔流紋塊狀非晶質（隱晶質）火山玻璃：黑曜巖、浮巖等科馬提巖隱晶質斑狀流紋巖粗面巖安山巖玄武巖苦橄巖侵入巖淺成巖床巖墻塊狀斑狀全晶細粒花崗斑巖正長斑巖閃長玢巖輝綠巖金伯利巖深成巖株巖基結晶斑狀全晶中、粗?；◢弾r正長巖閃長巖輝長巖橄欖巖輝巖暗色礦物種類及含量結構構造產狀成因類型主要巖漿巖的鑒定特征類型巖石名稱顏色結構構造主要礦物成份圖片酸性巖花崗巖灰白肉紅色全晶粒狀塊狀石英、正長石、斜長石，偶含黑云母、角閃石花崗斑巖灰紅淺紅色似斑狀塊狀石英、正長石、斜長石，偶含黑云母、角閃石流紋巖淺紅淺灰或灰紫色隱晶質流紋狀長石、石英類型巖石名稱顏色結構構造主要礦物成份圖片

中性巖正長巖淺灰或肉紅色全晶粒狀塊狀正長石、斜長石正長斑巖淺灰或肉紅色斑狀塊狀正長石、斜長石粗面巖灰色或淺紅色斑狀或隱晶質塊狀透長石、正長石、斜長石類型巖石名稱顏色結構構造主要礦物成份圖片中性巖閃長巖灰色或灰綠色全晶粒狀塊狀角閃石、斜長石閃長玢巖灰綠、灰褐色斑狀塊狀角閃石、斜長石安山巖灰、棕、綠等隱晶質塊狀角閃石、斜長石類型巖石名稱顏色結構構造主要礦物成份圖片基性巖輝長巖深灰、黑綠至黑色全晶粒狀塊狀輝石、斜長石輝綠巖多灰綠至黑綠色隱晶質塊狀輝石、斜長石玄武巖灰黑、黑綠至黑色隱晶質塊狀、杏仁狀氣孔狀輝石、斜長石類型巖石名稱顏色結構構造主要礦物成份圖片超

基

性

巖橄欖巖橄欖綠或黃綠色全晶粒狀塊狀橄欖石和少量輝石輝巖灰黑、黑綠至黑色全晶粒狀塊狀輝石和少量橄欖石類型巖石名稱顏色結構構造礦物成份鑒定特征圖片火山玻璃黑曜巖淺紅、灰褐及黑色玻璃質塊狀或流紋狀相當于流紋巖具貝殼狀斷口，比重較輕浮巖灰白、灰黃色非晶質氣孔狀巖漿中的泡沫物質質輕，多孔狀土木工程地質第1章礦物與巖石

——沉積巖幾組精彩沉積巖圖片火星沉積巖層一、沉積巖的形成概述沉積巖是在地球表面常溫常壓條件下，由先期巖石的風化產物、有機質，經搬運、沉積和成巖作用而形成的巖石。該種巖石占巖石總體積的7.9%，覆蓋陸地表面的75%，絕大部分洋底也被沉積巖覆蓋。大體分為四個過程：沉積物生成、搬運、沉積和成巖作用。沉積物質來源沉積物的搬運沉積物的沉積機械沉積：水流力或風力減緩，碎

屑沉積?；瘜W沉積：真溶液或化學沉積，如

碳酸鹽和硅酸鹽的沉積。生物沉積：生物活動或生物遺體的

沉積。沉積物的成巖作用概念：由松散的沉積物轉變?yōu)閳杂驳某练e巖，所經歷的脫水、膠結、重結晶、形成新礦物過程。1.4.2、沉積巖的構造-空間分布和排列方式層理構造巖層是組成地層的基本單元，它在一定的范圍內，生成條件基本一致的條件下形成，按照層理的厚度不同可以把巖層分為：巨厚層（h＞1.0m）、厚層（0.5m＜h≤1.0m）、中厚層（0.1m＜h≤0.5m）、薄層（h≤0.1m）層理形態(tài)水平層理波狀層理單斜層理交錯層理層面構造概念：指在沉積巖層面上保留有沉積時水流、風、雨、生物等作用留下的痕跡。結核概念：巖體中的成分、結構、構造和顏色不同于周圍巖石的礦物集合體團塊。常見結核有硅質、鈣質、石膏質。生物構造概念：在沉積過程中，由于生物遺體、生物活動痕跡和生態(tài)特征埋藏于沉積物中，經固結成巖作用而成。1.4.3、沉積巖的結構-顆粒形態(tài)、大小和連接形式碎屑結構按照顆粒大小和磨圓度：礫狀結構(顆粒大于2mm)、砂狀結構(0.005-2mm)按膠結物及膠結方式分：硅質、鐵質、鈣質、泥質基底膠結、空隙膠結、接觸膠結

膠結物含量減少巖石儲水能力增加巖石強度減弱泥狀結構該結構沉積巖幾乎全由小于0.005mm的粘土顆粒組成?；瘜W結構和生物化學結構概念：化學結構由化學作用從溶液中沉淀的物質經成巖作用形成，生物化學結構幾乎全部由生物遺體所組成。1.4.4沉積巖的分類及主要沉積巖的特征類型巖石名稱結構主要成分及其他特征碎屑巖類礫巖礫狀(粒徑>2mm)礫石碎屑多為堅硬巖石和硬度較高的礦物砂巖砂狀(粒徑2-0.05mm)碎屑多為耐風化的礦物顆粒如石英和長石，少量以巖石碎屑為主粉砂巖砂狀(粒徑0.05-0.005mm)碎屑多為如石英、長石及白云母顆粒，很少巖石碎屑泥質巖類泥巖泥質(粒徑<0.005mm)粘土礦物和粒徑<0.005mm的其他礦物碎屑頁巖粘土礦物和粒徑<0.005mm的其他礦物碎屑，薄層理構造化學及生物化學巖類石灰?guī)r隱晶質或結晶粒狀方解石白云巖隱晶質或結晶粒狀白云石泥灰?guī)r泥質除方解石和白云石外，含25-50％粘土礦物序號巖石名稱結構構造礦物成分圖片1角礫巖礫狀結構塊狀構造原巖碎屑成分2礫巖礫狀結構塊狀構造原巖碎屑成分3砂巖砂狀結構塊狀構造石英砂巖常見碎屑巖序號巖石名稱結構構造礦物成分圖片4鈣質粉砂巖粉砂狀結構塊狀構造5泥質粉砂巖粉砂狀結構塊狀構造常見粘土巖序號巖石名稱結構構造主要礦物成份圖片

1頁巖泥狀結構頁理構造粘土礦物2油頁巖泥狀結構頁理構造

粘土礦物、有機質3泥巖泥狀結構塊狀構造粘土礦物序號巖石名稱結構構造主要礦物成分鑒定特征圖片1石灰?guī)r化學結構塊狀構造方解石，有時含少量白云石或粗砂粒、粘土礦物等。遇稀HCl劇烈起泡2白云巖化學結構塊狀構造白云石，有時含少量方解石或其它雜質。遇冷HCl不易起泡，滴Mg試劑由紫變藍常見化學巖及生物化學巖序號巖石名稱結構構造主要礦物成分鑒定特征圖片3泥灰?guī)r化學結構塊狀構造

方解石、粘土礦物點稀HCl起泡后，表面殘留下粘土物質4燧石巖化學結構塊狀構造燧石序號巖石名稱結構構造礦物成分圖片5介殼灰?guī)r生物化學結構塊狀構造方解石、介殼6珊瑚礁灰?guī)r生物化學結構塊狀構造方解石、珊瑚7竹葉狀灰?guī)r同生礫狀結構塊狀構造方解石、竹葉土木工程地質第1章礦物與巖石

——變質巖玉杯“一捧雪”藍田玉青田玉1.5.1變質作用因素及類型概述地殼環(huán)境處于不斷的變化之中，為適應新的地質環(huán)境和物理化學條件，先期的結構、構造和礦物成分將產生一系列的改變，這種改變作用稱為變質作用。由巖漿巖形成的變質巖稱為正變質巖，由沉積巖形成的變質巖稱為副變質巖。變質巖的分布面積占大陸面積的1/5，地史年代中較為古老的巖石均為變質巖。前寒武紀巖石大部分為變質巖！變質作用的因素①高溫高溫可以使礦物重新結晶，改變原巖的礦物成分和結構。高溫來源有：巖漿的侵入、地下深處的熱源、放射性元素蛻變熱源。高溫②壓力靜壓力：由于上部巖體重量引起。動壓力：由于地質構造運動產生。

③化學活潑性流體巖漿分化后期產生化學活潑性流體，與周圍巖石接觸發(fā)生化學交替、分解。如：

Al4[Si4O10](OH)82Al2[SiO4]O+2SiO2+4H2O

高嶺