中南大学工程地质学复习资料.doc

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工程地质学复习概述

第一章  岩石和地质结构

第一节　主要造岩矿物

矿物——天然生成的，具有一定物理性质和化学成分的物质,是组成地壳的基本物质单位。

（一）矿物的分类

结晶质矿物、非结晶质矿物（玻璃质矿物、胶体质矿物）

（二）矿物的形态　

单体形态：

①片状、鳞片状，如云母、绿泥石等。

②板状；③柱状；④立方体状；⑤菱面体状；⑥菱形十二面体状。

另有多面体状和针状。

集合体形态：

显晶集合体；隐晶、胶态集合体

（三）矿物的光学性质

颜色　是矿物对光线吸收和反射的物理性能。

条痕　是指矿物粉末的颜色。

光泽　矿物表面对光的反射能力。

金属光泽；半金属光泽；非金属光泽

透明度　矿物透光能力的大小。

（四）矿物的力学性质

硬度　矿物的硬度是指矿物抵抗外力刻划的能力。

解理　矿物被敲打后，沿一定方向规则破裂的性质

断口　完全不具有解理性的矿物，在锤击后沿任意方向发生不规则断裂，其断裂面称为断口。

第二节　岩石

　　岩石是在地壳中按一定规律，由一种或几种矿物共生组合在一起所形成的天然集合体。

　根据岩石的成因类型，岩石可以分为三类：

岩浆岩　炽热的岩浆液体，自地下深处上升，由于温度降低，结晶而成的固体。

沉积岩　由堆积和压密作用而形成的岩石。

变质岩　当温度上升或压力增大，或二者兼有时，可由任何类型的原岩形成。

2.1　岩浆岩

一、岩浆岩的形成过程

　岩浆：

地壳下面存在着的处于高温高压下的，以硅酸盐为主的熔融状态的物质。

岩浆岩：

岩浆沿着地壳薄弱带侵入地表或喷出地表，随着温度降低，最终冷凝而成的岩石。

岩浆作用：

受地壳运动的影响，岩浆沿着地壳中薄弱、开裂的地带向地表方向运动的作用。

侵入作用　岩浆上升未达地表，在地壳中逐渐冷凝的作用

喷出作用　岩浆上升，冲出地表而冷凝的作用

岩浆岩的基本类型

侵入岩：

深成岩（＞3km）　一般具有粗粒结构；浅成岩（≤3km）　一般具有中粒结构

喷出岩：

一般为细粒结构、微晶结构或隐晶结构

二、岩浆岩的地质特性

（一）岩浆岩的结构

1.按结晶程度可分为：

全晶质结构、玻璃质结构、半晶质结构

2.按矿物颗粒绝对大小可分为：

显晶质结构（伟晶结构，粒径＞10mm；粗粒结构，粒径＞5mm；中粒结构，粒径2～5mm；细粒结构，粒径0.2～2mm；微粒结构，粒径＜0.2mm）隐晶质结构

3.按矿物颗粒的相对大小可分为：

等粒结构、不等粒结构、斑状及似斑状结构

（二）岩浆岩的构造：

块状构造、流纹状构造、气孔状构造、杏仁状构造、珍珠构造、绳状构造、枕状构造

（三）岩浆岩的矿物成分：

最常见的是石英、正长石、斜长石、黑云母、角闪石、辉石、橄榄石等几种矿物。

2.2　沉积岩

一、概念：

指在地表或接近地表的常温、常压条件下，由原岩经风化破碎、搬运、沉积和成岩等作用而形成的岩石。

二、沉积岩的形成过程

母岩的风化破碎作用、沉积物的搬运作用和沉积作用、沉积物的成岩作用

三、沉积岩的地质特性

（一）沉积岩的结构

碎屑结构、泥状结构、化学结构、生物化学结构

（二）沉积岩的构造

岩层：

在地质特性上与相邻层不同的沉积层。

夹层：

夹在厚层中间的薄层称为夹层。

层的尖灭与透镜体：

若岩层在横向延伸方向不大的范围内，一侧逐渐变薄而消失，称为层的尖灭；若两侧均尖灭时，则称为层的透镜体。

层面：

分隔不同性质岩层的分界面。

可以是平面，但大多是曲面。

层的厚度：

上下层面之间的垂直距离为层的厚度。

（巨厚层＞1.0m厚层0.5～1.0m

中厚层0.1～0.5m薄层0.001m～0.1m微层＜0.001m）

层理：

指一个岩层中矿物或岩屑的颗粒大小、形状、成分和颜色不同的层交替时显示出来的纹理。

（水平层理、单斜层理、交错层理、波状层理）

层面构造：

在沉积岩岩层层面上往往保留有反映沉积岩形成时的流体运动，自然条件的变化所遗留下来的痕迹，称为层面构造。

顶面构造（波痕、泥裂、鸟足迹、虫痕、雨痕、脚印）

底面构造（底冲刷、槽模）

结核：

指包裹在沉积岩体中某些矿物集合体的团块。

其成分、结构、颜色等一般与围岩不同。

化石：

指埋置在沉积岩中的各地质时期古生物的遗体和遗迹，是沉积岩独有的构造特征，是研究地史、生物进化的重要依据。

（三）沉积岩的矿物成分

常见矿物：

石英、长石、白云母

特有矿物：

盐类矿物、碳酸盐矿物、粘土矿物、生物组分

几乎无：

橄榄石、辉石、角闪石和黑云母

四、沉积岩分类：

碎屑岩类（碎屑＋胶结物＋杂质）：

角砾岩、砾岩、砂岩

粘土岩类（主要是粘土矿物组成，粘土矿物颗粒直径常小于0.005mm，含量＞50%）

化学岩及生物化学岩

2.3　变质岩

一、变质岩的形成过程

变质作用——指原岩基本上在固态下，主要由于温度、压力及化学活动性流体的作用，而使其成分、结构、构造等发生变化的地质作用。

变质作用的影响因素：

温度（一般在150～900℃）压力（上百GPa到上千Gpa）化学活泼性流体（发生化学交替或分解作用，形成新矿物）

变质作用的主要类型：

接触变质作用、交代变质作用、动力变质作用、区域变质作用

二、变质岩的地质特性

（一）变质岩的结构

压碎结构：

碎裂结构、碎斑结构、糜棱结构

变晶结构（变质程度较深，矿物重结晶较好，基本为显晶，是多数变质岩的结构特征）

变余结构（变质程度浅，重结晶作用不完全，原岩的结构特征，可部分残留下来）

（二）变质岩的构造

片理构造（板状构造、千枚状构造、片状构造、片麻状构造）、块状构造

三、变质岩分类：

动力变质岩类、接触变质岩类、区域变质岩类、交代变质岩类

第三节　地质年代

一、绝对年代法

二、相对年代法：

是通过比较各地层的沉积顺序、古生物特征和地层接触关系来确定其形成先后顺序的一种方法。

三、相对年代的确定方法

地层层序法、生物演化律法（在不同层位的岩层中包含的化石各不相同、在不同地区含有相同化石的地层属于同一时代）、地层接触关系法

第四节  地质构造

地质构造就是指缓慢而长期的地壳运动使岩石发生变形，产生相对位移，形变后所表现出来的种种形态。

４．１　地壳运动及地质作用

　　地壳运动——主要是指由地球内力引起岩石圈的变形、变位以及洋底的增生和消亡的作用。

　　地质作用——是指由自然动力引起地球的物质组成、内部结构和地表形态发生变化的作用。

主要表现为对地球的矿物、岩石、地质构造和地表形态等进行的破坏和建造作用。

各种地质作用（内、外）：

　　一方面不断地破坏原有的物质成分（矿、岩），地质构造和地表形态。

另一方面又不断地形成新的物质成分（矿、岩），地质构造和地表形态。

破坏→建设→再破坏→再建设，循环反复，促使地壳不断的变化和发展。

４．２　岩层及岩层的产状

一、岩层：

由同一岩性组成的，有两个平行或近于平行的界面所限制的层状岩石。

二、岩层产状：

岩层在地壳中的空间方位。

是以岩层面的空间方位及其与水平面的关系来确定的。

三、岩层的露头形态和宽度：

决定于岩层产状、地形及二者的相互关系。

水平岩层的露头分布形态，完全受地形的影响，在地质图上，其地质界线与地形等高线平行或重合。

直立岩层的地质界线是沿其走向作直线延伸，不受地形影响。

倾斜岩层露头分布形态则较复杂，表现出地质界线与等高线相交的曲线延伸，并有一定规律，当其穿过沟谷或山脊时，露头线均呈“V”字形，故此规律又称为V字形法则。

若地层没有倒转，地质界线V字形尖端沟谷处指向新地层，山脊处指向老地层。

V字形法则适用于岩层界面、断层面、不整合面等露头线的分布形态。

四、地层的接触关系

地层——在一定地质时代内形成的一套岩层统称为那个时代的地层。

地层的接触关系——指上下地层之间在空间上的接触形式和时间上的发展状况。

整合接触：

上下两套地层连续沉积，产状也基本相似的的接触关系。

（时代连续，没有间断；上下岩层的产状基本平行一致；地壳相对稳定，沉积环境持续稳定）

不整合接触（存在沉积间断）：

平行不整合（上下岩层的产状基本平行一致；在两套地层之间缺失了一些时代的地层，存在沉积间断；这一地史时期地壳曾经发生过显著的升降运动）

角度不整合（上下岩层的产状不平行；在两套地层之间缺失了一些时代的地层，存在沉积间断；发生过显著的水平运动和升降运动）

４．３　褶皱构造

一、褶皱构造的类型

（一）复背斜和复向斜

（二）隔挡式褶皱和隔槽式褶皱

五、褶皱构造的辨认

（一）褶曲的野外观察法

1.通过横向、纵向的观察，找地层界线、断层线、化石等，观察岩层是否有对称重复出现的现象；

2.比较核部与两翼岩层的新老关系，比较两翼岩层的走向和倾斜；

3.研究两翼相当层的平面形态。

（二）褶皱内部构造的认识

顺层剪切褶皱、层面擦痕、牵引褶皱、虚脱现象和鞍状矿体

六、褶皱的形成时代

　　介于参加褶皱的最新地层与上覆未褶皱的最老地层之间。

七、褶皱的工程意义

根据褶皱两翼对称重复的规律，在褶皱的一侧发现沉积型矿层时，可预测在另一侧也可能有相应的矿层存在；石油常储存在背斜的顶部。

除此以外，背斜核部的岩层常常较为破碎，如果水库位于此就易于漏水，工程建设时必须注意到这一点。

４．４　断裂构造

断裂构造——指岩层受构造运动的作用，当所受的构造应力超过其破裂强度时，岩石或岩块失去连续性而产生断裂的地质构造。

一、节理

（一）节理分类

1．按与岩层产状的关系分为：

走向节理、倾向节理、斜交节理

　　2．按力学性质分类：

剪节理—由剪应力产生的破裂面（特征：

长、大、平直光滑，延伸稳定，常常呈“X”型，可切穿砾石）；张节理—由张应力产生的破裂面（特征：

短、小、粗糙不平，延伸不远，常呈豆荚状、树枝状，常绕开砾石）

　3．按节理成因分类：

原生节理、构造节理、表生节理

4．按节理与褶皱轴的关系分类：

纵节理、斜节理、横节理

（二）节理发育程度分级

依据：

节理的组数、密度、长度、张开度及充填情况

节理不发育：

节理1～2组，规则，为构造型，间距在1m以上，多为密闭节理，岩体切割成大块状

节理较发育：

节理2～3组，呈X形，较规则，以构造型为主，多数间距大于0.4m，多为密闭节理，部分为张开节理，少有充填物，岩体切割成大块状

节理发育：

节理3组以上，不规则，呈X型或米字型，以构造型或风化型为主，多数间距小于0.4m，大部分为张开节理，部分有充填物，岩体切割成块石状

节理很发育：

节理3组以上，杂乱，以风化和构造型为主，多数间距小于0.2m，以张开节理为主，有个别宽张节理，一般均有充填物，岩体切割成碎裂状

（三）节理的工程地质研究

观测研究节理时，首先应注意节理的性质、矿化现象、先后次序、空间的相互关系和形成的时代，其次是原地岩石性质，产状和所处的构造部位。

（四）节理调查研究的内容

1.节理的成因类型、力学性质；

　2.节理的组数、密度和产状；

3.节理的张开度、长度和节理面壁的粗糙度；

　4.节理的充填物质及厚度、含水情况；

　5.节理发育程度分级。

（五）节理对工程的影响

1．是地下水的通道。

加速岩石的溶解破坏，尤其在可溶盐地区易形成溶洞，发育成为地下暗河；

　2．加速风化作用和冻胀作用；

　3．降低岩石力学强度，降低工程的稳定性；

　4．降低爆破效率；

　5．降低地基承载力。

二、断层

（一）断层的分类

1．根据断层两盘相对运动的方向分为：

正断层：

上盘相对下降或下盘相对上升的断层。

逆断层：

上盘相对上升或下盘相对下降的断层。

辗掩断层一般规模巨大，常有时代较老的地层被推覆到时代新的地层之上，形成推覆构造。

逆冲推覆构造发育地区遭受强烈侵蚀切割，将部分