岩石与矿物教材

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1、第3章 矿物与岩石 3.1 概 述 3.2 岩石的形成 3.3 矿 物 3.4 岩浆岩 3.5 沉积岩 3.6 变质岩 3.7 三大类岩石的相互转化 3.8 风化岩与残积土 3.9 三大类岩石的鉴定（实验课） 3.10 岩石的物理力学性质 3.11 岩石的工程性状 1 3.1 概 述 地壳是由岩石和岩体组成的。而岩石是多种多样的，在 大陆中，地壳以硅铝层为主，也称花岗岩质层，平均密度约 为2.7g/cm3；在海洋中地壳以硅镁层为主，也称玄武岩质层 ，平均密度约为2.9g/cm3。岩石是由一种或多种矿物组成的 ，不同的矿物和矿物组成形成了不同的岩石，地壳中有岩浆 岩、沉积岩和变质岩三大类岩石。

2、本章将重点介绍岩石的形成、矿物的形态和特性、三大 类岩石（岩浆岩、沉积岩、变质岩）各自的特点、风化岩与 残积土、三大类岩石的鉴定（实验课）、岩石的物理力学性 质以及岩石的工程性状等方面的内容。 2 学完本章后应掌握以下内容： （1）矿物的概念、分类及主要性质； （2）岩浆岩、沉积岩和变质岩的矿物成分、结构和构造特征； （3）风化岩与残积土的工程特性； （4）三大类岩石的鉴定方法； （5）岩石的物理力学性质及工程性状。 学习中应注意回答以下问题： （1）矿物的主要性质有哪些？这些特征在标本上如何认识？ （2）岩浆岩可分为哪几种类型？岩浆岩常见的矿物成分有哪些？岩浆岩的 结构、构造特征是什么？ （

3、3）沉积岩可分为哪几种类型？沉积岩常见的矿物成分有哪些？沉积岩的 结构、构造特征是什么？ （4）什么是变质作用？变质岩的主要矿物组成、结构、构造特征是什么？ （5）三大类岩石在物质组成、结构、构造上的异同有哪些？如何进行鉴定 ？ （6）岩石的物理力学性状有哪些？ （7）影响岩石工程地质性质的因素有哪些？各类岩石的工程地质性质如何 评价？ 3 3.2 岩石的形成 岩石(rock)是天然产出的由一种或多种矿物按一定规律组成的自然 集合体，少数岩石也可包含有生物遗骸。岩石构成地壳及上地幔的固态 部分，是地质作用的产物。 岩石的形成（如图3-1）受各种地质作用的影响。地壳深部的液态 岩浆（如图3-2）

4、沿地壳裂缝缓慢上升，在地壳深部形成的称为深成岩浆 岩，在地壳浅部形成的称为浅成岩浆岩，岩浆喷出地表后冷凝形成的称 为喷出岩浆岩。火山灰沉积以及岩石风化以后经搬运沉积成岩作用形成 的称为沉积岩。岩浆岩或沉积岩经过变质作用形成的称为变质岩。这就 是地壳中形成的三大类岩石，而岩石是由各种矿物组成的。 4 3.3 矿物 1.矿物的定义及分类 矿物(mineral)是地壳中的元素在各种地质作用下，由 一种或几种元素结合而成的天然单质或化合物。 组成岩石的矿物，通常称为造岩矿物(rock forming minerals)，见彩图A； 组成矿产的常见矿物，通常称为金属造矿矿物,见彩图 B。 矿物按生成条件

5、可分原生矿物和次生矿物两大类。 原生矿物：一般是由岩浆冷凝生成的，如石英、长石 、辉石、角闪石、云母、橄榄石、石榴石等。 次生矿物：一般是由原生矿物经风化作用直接生成的 ，如高岭石、蒙脱石、伊里石、绿泥石等；或在水溶液中析 出生成的，如方解石、石膏、白云石等。 5 6 7 8 2.矿物的形态特征 矿物单体形态 9 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。 显晶集合体形态有规则连生的双晶集合体，如接触双晶 和穿插双晶以及不规则的粒状、块状、片状、板状、纤维状 、针状、柱状、放射状、晶簇状等。其中晶簇是以岩石空洞 洞壁或裂隙壁作为共同基底而生长的晶体群。 隐晶和胶态集合体可

6、以由溶液直接沉积或由胶体沉积生 成。主要形态有球状、土状、结核体、鲕状、豆状、分泌体 、钟乳状、笋状集合体等。 10 集合体形态 11 3.矿物的物理性质 形状:指矿物的外表形状。结晶体大都呈规则的几何形状， 非结晶体则呈不规则的形状。 矿物的颜色:是矿物对不同波长可见光吸收程度的不同反 映。它是指矿物新鲜表面呈现的颜色，取决于矿物的 化学成分及其所含的杂质。按成色原因，有自色、他 色、假色之分。 条痕:矿物在白色无釉的瓷板上划擦时留下的粉末的颜色， 称为条痕。 光泽:指矿物表面反射光线的能力，它是用来鉴定矿物的重要 标志之一。 12 矿物光泽 13 硬度：指矿物抵抗外力刻划、研磨的能力。 硬

7、度对比的标准，从软到硬依次由十种矿物组成，称 之为摩氏硬度计。 14 解理(cleavage) 矿物晶体在外力作用下(如敲打、挤压等)下沿着一定方 向发生破裂并裂成光滑平面的性质称为解理，这些光滑的平 面称为解理面。 断口(fracture) 矿物受外力作用，在任意方向破裂并呈各种凹凸不平的 断面(如贝壳状、锯齿状等)，称为断口。 相对密度(relative density) 矿物都有其特有的物质组成，因而各自具有不同的相对 密度。 其他性质 除上述的矿物性质外，还有一些矿物具有独特的性质， 这些性质同样是鉴定矿物的可靠依据，如导电性、磁性、弹 性、挠性、脆性、放射性等等。矿物的一些简单化学性

8、质， 对于鉴定某些矿物也是十分重要的。 15 16 17 4.矿物的化学成分和结晶构造 矿物的化学成分和结晶构造在一定地质条件下综合反 映了矿物的形态和物理性质。因此，研究矿物的化学成分和 结晶构造对于鉴定矿物，利用矿物和分析矿物的形成条件等 方面都是很重要的。 1）地壳中元素的分布特点: 含氧的矿物种占矿物总种数的80；含硅的矿物占25 。但也有些重量百分比小的元素反而比重量百分比大的元 素形成的矿物种数多。 2）离子类型: 惰性气体型离子、铜型离子、过渡型离子。 3）晶格类型与化学键： 质点有规律的排布成格子状构造是矿物晶体的共同规 律。结晶构造中质点之间的作用力或者联结力称为化学键。 化

9、学键的差异对矿物物理性质有明显的影响。 18 4）类质同象与同质多象 类质同象是指矿物中两种或两种以上的类似质点互相 替换，使矿物的化学成分和某些物理性质发生一定变化，但 不改变其晶体结构的现象。 同质多象是指同种化学成分的物质，在不同环境(温度 、压力、介质酸碱度等)条件下，可以形成两种或两种以上 结构不同，形态和性质各异的晶体的现象。 19 5.矿物鉴定 抓住主要形态特征 综合考虑颜色、晶形、光泽、解理、硬度 考虑矿物生成条件及共生矿物 工具：小钢刀、放大镜、稀盐酸、条痕色瓷板等。 20 3.4 岩浆岩 3.4.1 岩浆岩概念 1.岩浆岩的定义 岩浆岩(magmatic rock)亦称火成

10、岩(igneous rock)，它是由炽热 的岩浆在地下或喷出地表后冷凝形成的岩石。 岩浆岩按产出位置通常可分为深成岩、浅成岩和喷出岩。 2.岩浆的主要化学成分 岩浆（硅酸盐岩浆）的化学成分，主要是氧、硅、铝、镁、铁、钙 、钠、钾、锰、钛、磷、氢等元素，称为“主要造岩元素”。其中以氧 最多，约占总重量的5865，其次是硅。 3.岩浆中的挥发分 挥发分是指在低压下容易析出呈气体，温度降低可呈液体的成分。 4.岩浆岩按SiO2 的分类 21 3.4.2 岩浆岩的产状（the magmatic rocks occurrence） 岩浆岩的产状，即指岩浆岩体在地壳中产出的状况，表现为岩体的 形态、规模

11、、同围岩的接触关系及其产出的地质构造环境等。 1.喷出岩的产状 喷出岩的产状决定于岩浆的 成分和地形等方面特征，主要有 熔岩流 、熔岩被 、火山锥。 2.浅成岩的产状 浅成岩(形成深度3km)的产状包括 岩株和岩基。 22 3.4.3 岩浆岩的结构 岩浆岩的结构（texture of magmatite）是指岩石中 （单体）矿物的结晶程度、颗粒大小、形状以及它们的相互 组合关系。 1.按岩石中矿物结晶程度划分 全晶质结构、半晶质结构、非晶质结构。 2.按岩石中矿物颗粒的绝对大小划分 显晶质结构、隐晶质结构、玻璃质结构。 3.按岩石中矿物颗粒的相对大小划分 等粒结构、不等粒结构 、斑状结构和似斑

12、状结构。 23 3.4.4 岩浆岩的构造 岩浆岩的构造(structure of magmatite)是指（集合 体）矿物在岩石中排列的顺序和填充的方式所反映出来岩石的 外貌特征。 24 3.4.5 岩浆岩的分类 25 26 3.5 沉积岩 3.5.1 沉积岩的定义 沉积岩(sedimentary rock)是在地表和地下不太深的地方形成的地 质体，它是在常温常压下，由风化作用，生物作用和某些火山作用所形 成的松散沉积层，经过成岩作用形成的。 3.5.2 沉积岩的形成 沉积岩的形成一般经过了先成岩石(岩浆岩、沉积岩或变质岩)遭受 风化、剥蚀破坏，破坏产物被搬运至一定场所沉积下来，再固结成岩的

13、过程。具体经过风化作用、搬运作用、沉积作用和成岩作用四个阶段。 1.风化作用(weathering) 分为物理风化、化学风化和生物风化三类。 2.搬运作用的方式有三种，即拖曳搬运、悬浮搬运和溶液搬运。 3.沉积作用可分为机械沉积、化学沉积、生物和生物化学沉积三种类型 。 4.成岩作用主要表现在压固作用 、胶结作用 、脱水作用 、重结晶作 用。 27 28 3.5.3 沉积岩的物质成分 1.化学成分 沉积岩的平均化学成分见表3-4。 29 2.矿物成分 沉积岩中已发现的矿物在160种以上，其中比较重要的 有20余种，构成了99以上 的沉积岩物质。最常见的矿物 有氧化物，硅酸盐(长石类、黏土类矿物

14、、云母类矿物)、碳 酸盐、硫酸盐、磷酸盐等矿物见表3-5。 30 3.5.4 沉积岩的结构 沉积岩的结构按成因可将沉积岩的结构分为碎屑结构、泥质结构、 结晶结构和生物结构。 1.碎屑结构(clastic) 特征为碎屑颗粒由胶结物黏结起来形成岩石。碎屑粒度的形状有棱 角状、次棱角状、次圆状和圆状四种，如图3-16。 按主要碎屑粒度大小，可将碎屑结构分为三种： 1）砾状结构（碎屑粒径2mm），相应沉积岩为砾岩； 2）砂状结构（碎屑粒径为0.052mm），相应沉积岩为砂岩； 3）粉砂状结构（碎屑粒径为0.0050.05mm），相应的沉积岩为粉 砂岩。 31 2.泥质结构(clayey) 泥质结构由粒

15、径0.005mm的黏土矿物颗粒组成，如泥岩、页岩。 3.结晶结构（crystalline） 结晶结构是由化学沉淀或胶体重结晶所形成的结构，又称化学结构， 如石灰岩、白云岩。 4.生物结构(organic) 生物结构是由生物遗体或碎片所形成的结构，如珊瑚结构、贝壳结构 等。 32 岩石的结构 砖红色泥岩显微图 紫色粉砂质泥岩显微图 深紫色泥质粉砂岩显微图 青灰色钙长砂岩显微图 灰白长英砂岩显微图 33 34 3.5.5 沉积岩的构造 1.沉积岩的构造 沉积岩最主要的构造是层理构造，另外还包括波痕、结核和缝合线。 2.按层系厚度可以把层理分为： 极薄层理100cm。 3.由于形成层理的条件不同，层

16、理有各种不同的形态类型，如常见的 有水平层理、斜层理、交错层理等。 4.根据层理可以推断沉积物的沉积环境和搬运介质的运动特征。 35 3.5.6 沉积岩的分类及主要沉积岩特征 36 37 3.6 变质岩 3.6.1 变质岩的定义 由原先存在的岩石(火成岩、沉积岩或早期变质岩)，在温度、压力 、应力发生改变以及物质组分加入或带出的情况下，发生矿物成分、结 构构造改变而形成的岩石即为变质岩。这种改造过程称为变质作用。 3.6.2 变质作用的控制因素 变质作用是一种地质作用，其控制因素主要包括高温 、高压 、化 学活动性流体 、构造应力作用。 3.6.3 变质作用类型 根据变质作用的因素及变质 岩形成条件，可将变质作用类型 分为接触变质作用、区域变质作 用、动力变质作用、交代变质作 用，见图3-19。 38 3.6.4 变质岩的化学成分 变质岩的化学成分在相当大的程度上取决于原岩的化 学成分。但是，如果变质过程中有交代作用，由于物质的带 入和带出，就会使原岩的化学成分产生相应的