工程地质整理Word文档格式.docx
《工程地质整理Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程地质整理Word文档格式.docx（38页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
5－10km，平均7－8km；
大陆区地壳厚：
20－70km，平均33km；
总地地壳平均厚度16km。
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。
较轻的地壳覆在地幔之上，处于类似于漂浮的状态。
地壳薄的地方，地势也低，如大陆平原区和海洋区；
地壳厚的地方，地势亦高，如大陆高原区。
地壳均衡原理:
在地幔的某一深度上，上覆岩石对地幔的压力处处相等，处于一种均衡状态。
地壳的主要成分：
绝大部分以硅酸盐矿物的形式存在，如长石，角闪石，辉石，云母，高岭石等；
碳酸盐矿物，如方解石和白云石；
氧化物，如石英。
化学成分：
O－47％，Si－29％，Al－8％，Fe－4.7%，Ca，Na，K，Mg，H，Ti。
3．地球的外圈
a.大气圈：
P7
厚度在几万米以上，渐渐过渡到宇宙气体，其3/4集中在地表10km范围内。
低层大气的成分：
N2（78%），O2（21%），Ar，CO2。
b.水圈：
地球表面14亿km3的水，其中97%以上分布在海洋中；
少量分布在陆地的冰川，江河湖海及地下岩土空隙中。
地表的71％被海洋覆盖。
c.生物圈：
上到大气层10km的高空，下到地壳3km深处及大洋底都有生物，大部分集中在地表及水圈上层。
大气，水和生物是改造地表岩土最活跃的因素。
大气本身流动，水通过大气循环，在此过程中地表岩土被破坏，被运移。
而生物又帮助和促进此破坏过程。
大气，水和生物也是人类生存的物质基础。
活动的岩石圈从地球的内部改造地壳中岩体及地表的形态；
活跃的外层水、大气和生物从地球外部改造地壳。
三、矿物和岩石
第一节造岩矿物
矿物–地壳中天然形成的元素单质或化合物。
矿物中，绝大多数是化合物，极少数是单质,基本上都是固态的。
目前发现三千多种不同的矿物，其中构成岩石主要矿物不过几十种。
组成岩石的主要矿物称为造岩矿物。
矿物的肉眼鉴定特征主要包括颜色，形态，硬度，光泽，解理等等。
P15
最常用的特征是形态、颜色、硬度。
1.颜色P15
矿物的颜色是指其新鲜表面在自然光下的颜色。
2.矿物的形态P15
绝大部分矿物都形成结晶体。
晶体，是内部质点（离子）按特定空间形式排列的结构。
由于结晶矿物内部微观质点特定的空间排列结构，使其生长成特定的外部宏观形态。
结晶矿物都具有形成自己特定形态的“本能”。
3.硬度P18
硬度：
矿物受到刻划作用时，所表现出来的强度，是矿物抵抗外力刻划的能力。
摩氏硬度计
硬度
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
代表矿物
滑石
石膏
方解石
萤石
磷灰石
正长石
石英
黄玉
刚玉
金刚石
4.光泽P18
光泽是矿物表面的反射特征。
常见的光泽特征有:
金属光泽（黄铁矿）、玻璃光泽（方解石、长石）、油脂光泽（石英断口的光泽）、腊状光泽（滑石）、珍珠光泽（云母）、丝绢光泽（石绵）、金刚光泽（金刚石）。
6.解理P19
矿物晶体在外力打击下，能沿一定方向的光滑平面裂开的性质称为解理。
解理分类P19
7.其它特征
A.盐酸反应方解石（CaCO3）遇稀盐酸会明显地反应起泡（放出CO2气体）。
B.磁性：
磁铁矿
C.比重：
金属氧化物、硫化物矿物比重较大，通常在4.0以上。
而大部分造岩矿物的比重在2.7-3.0以下。
第二节岩浆岩（火成岩）
生成于地壳深部或地壳之下的高温熔融硅酸盐物质（岩浆）沿地壳中的薄弱地带上升侵入地壳浅部或喷出地表冷凝成为岩石，称为岩浆岩（火成岩）。
（1）岩浆岩的成份
岩浆岩的化学成份中,O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg，占组成岩浆岩化学元素总量的99%以上。
岩浆岩的主要造岩矿物有：
石英、正长石、斜长石、云母、角闪石、辉石和橄榄石等。
其中除石英外都是Fe、Ca、Na、K、Mg的（铝）硅酸盐。
SiO2是岩浆岩中最主要的化学组分，SiO2的含量与其矿物组合有十分密切的关系。
当岩石中SiO2含量多（比如>
65%）时，成分中金属离子K，Na含量多于Fe、Mg及Ca，石英、长石等浅色矿物多，暗色矿物少；
SiO2含量少（<
45%）时，金属离子中以Fe、Mg及Ca为主，浅色矿物就少、以角闪石、辉石及橄榄石等暗色矿物为主。
（2）岩浆岩的产状P20
岩浆侵入地壳及喷出地表所形成岩体的形态和规模用产状来描述。
侵入地壳的岩浆体，一般在深部规模大，为大块的侵入体，向浅部地表附近越来越小，常成较窄的带状岩体。
前者称为深成侵入岩（3-5km以下）。
后者称为浅成侵入岩（3-5km以上）。
喷出地表的岩浆，常常顺着地势而流，形成带状的熔岩流或大面积的熔岩被，部分熔岩或碎屑在火山口附近积留形成锥形的火山锥。
深成岩：
3－5km深度以下，通常为大体积岩体。
岩基，岩株
浅成岩：
岩浆侵入到地壳浅部薄弱带（如断层面或者岩层面）形成的带状岩体，其深度通常在3－5km以上。
岩床（沿沉积岩层面侵入），岩墙（沿断裂带侵入，通常接近直立）
（3）岩浆岩的结构P21-22
大规模的深成岩，冷凝过程长（结晶时间长），能充分结晶，全部形成较大的晶体；
而浅成岩和喷出岩，则由于冷凝迅速，常常结晶不充分，甚至完全来不及结晶。
岩浆岩的这一结晶程度的特征称为结构。
显晶质结构：
可以通过肉眼辨认到晶体的大小及形态。
这是深成侵入岩的结构。
隐晶质结构：
肉眼或借助放大镜无法辨认矿物晶体，只有在显微镜下才能鉴别。
这是部分浅成岩和喷出岩常见的结构。
玻璃质结构：
未结晶，显微镜下也看不到结晶颗粒。
这是喷出岩特有的结构。
斑状结构：
岩石中部分矿物晶体结晶较大，肉眼可以辨认，而另一部分却结晶很差为隐晶质或玻璃质，呈现一种不均匀的结晶特征。
（4）岩浆岩的构造：
P22
岩浆岩的构造是指因岩石中不同矿物组分的分布与排列反映出来的外貌特征。
构造不涉及矿物颗粒的大小形态，而关系到它们的排列分布特征。
矿物组分的分布与排列特征
分布均匀，排列定向
分布不均匀，排列随机
分布均匀，排列随机
流纹状构造岩石中不同颜色的条纹、拉长了的气孔及长条状矿物沿一定方向排列所形成的构造。
这是喷出地表的岩浆在缓慢流动过程中迅速冷凝造成的
气孔状构造和杏仁状构造岩石中分布着形态不规则的的孔洞，称为气孔状构造；
气孔被充填，便形成了杏仁状构造。
块状构造：
岩石中矿物分布均匀、无定向排列。
侵入岩常为这种构造。
（5）岩浆岩的种类
从产状（表现为结构）和成分两方面对其进行分组：
a.产状（结构）：
根据其产状，岩浆岩分为深成岩、浅成岩和喷出岩三大类。
岩浆岩产状与其结构之间关系非常密切。
b.成分：
岩浆岩中SiO2的含量决定了其矿物组合类型。
根据SiO2的含量，岩浆岩分为酸性岩、中性岩、基性岩和超基性岩。
第三节沉积岩定义P24
出露于地表的岩石，遭受风化破坏，或被破碎成碎屑，或被分解为新的次生矿物，或直接被水溶解，这些风化破坏产物被流水、风，冰川等侵蚀搬离原地，到地表较低的地方（海洋、湖泊、河流下游等）沉积下来，再经过长时间的压密固结，形成的岩石称为沉积岩。
沉积岩是陆地上分布最广泛的岩石，约占大陆面积的75%。
（1）沉积岩的物质组成P25
沉积岩的组成物质主要来源于地表岩石的风化破坏。
这种风化破坏作用产生三种产物：
原岩机械破碎的碎屑（如岩石碎屑、石英砂）；
化学分解形成的粘土矿物（如高岭石）等；
化学溶解物质或胶体。
1）碎屑：
>
0.005mm的颗粒。
较大的碎屑，砾石（粒径>
2mm），成份会复杂一些，可能是各种岩石的碎屑。
而砂粒级（粒径<
2mm）的碎屑，一般是抗风化能力较强的矿物或岩石颗粒，如石英、硅质岩石、长石、白云母等。
2）粘土矿物：
如高岭石，由硅酸盐矿物经强烈化学风化分解形成。
粘土矿物的颗粒很小，小于0.005mm，肉眼难以辨认。
3）化学溶解物质或胶体沉积：
直接从原岩中析出，或在化学分解过程中分离出来的。
主要有：
CaCO3、NaCl、KCl、MgCl2、SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaSO4、MnO、P2O5。
另外，在有生命活动的沉积环境中，生物遗骸也会加入到沉积物中
（2）沉积岩的结构P25-26
沉积岩的结构主要是反映其组成颗粒的大小特征。
按其组成物质颗粒大小及成因，沉积岩一般具有四种结构：
1）碎屑结构：
主要由粒径大于0.005mm的碎屑物质被胶结物胶结而成的结构。
按照其中主要屑物质颗粒的大小，又可分为砾状和砂状两种结构。
砾状结构：
主要由粒径大于2mm的碎屑组成。
砂状结构：
颗粒粒径介于2-0.005mm之间。
碎屑结构的组成除了碎屑以外，还有充填于碎屑之间的胶结物。
常见的胶结物成分：
钙质（CaCO3）、硅质（SiO2）、泥质（粘土矿物及细碎屑）和铁质（Fe2O3）。
2）泥质结构：
主要由粒径小于0.005mm的粘土矿物和细碎屑组成的结构。
3）化学结构：
由化学沉积物质的结晶颗粒组成的岩石结构。
4）生物结构：
由生物遗体或碎片（如珊瑚、贝壳）构成的结构。
（3）沉积岩的构造P26-27
1）层理构造
沉积岩最显著的宏观特征是层理构造。
层理构造是在不同时期、不同环境下先后沉积下来的物质由于其成份，颜色及结构等方面的差异而显示出来的成层现象。
层理分为：
平行层理、斜交层理、交错层理、透镜体及尖灭层（常见地区、成因）P27
2）层面构造P27波痕、泥裂、雨痕
3）结核P274）生物成因构造P27化石P28
（4）沉积岩的类型P28-30
根据其组成的结构和物质成份，沉积岩可分为3大类型：
碎屑岩，泥质岩，化学岩及生物化学岩。
1）碎屑岩：
具碎屑结构的沉积岩，由碎屑经胶结物胶结而成。
根据碎屑颗粒的大小，还可进一步分为砾岩和砂岩。
P28-29
砾岩：
主要由粒径>
2.0mm的砾石组成。
砂岩：
主要由粒径＝0.005-2mm的砂颗粒组成。
2）泥质岩：
具泥质结构、主要由粘土矿物及小于0.005mm的细碎屑组成。
P29-30
有的泥质岩具有很薄的层理，称页岩。
厚层状（局部为块状构造）的称粘土岩。
3）化学岩及生物化学岩：
母岩风化剥蚀作用中形成的溶解物质或胶体经化学作用沉淀形成，或由生物作用使某种物质聚集而成的岩石。
P30
常见的化学岩及生物化学岩有：
石灰岩（以方解石为主要成分），白云岩（以白云石为主要成分），硅质岩（以SiO2为主要成分）。
第四节变质岩P30
已经存在的岩石，由于地壳运动、岩浆活动造成的高温、高压环境、或外来化学活动性流体的作用，使其原来的结构、构造、或矿物成份发生改变，形成一种新的岩石，称为变质岩。
1.变质作用
变质作用因素：
a.高温（岩浆侵入体周围、地壳深部）、
b.高压（地壳深部、地壳运动的挤压带）、
c.外来化学活动性流体（岩浆侵入体周围）。
变质作用结果：
a.矿物结晶生长；
b.矿物重组合，形成新的矿物；
c.使片状、柱状矿物定向排列；
d.在断裂带上，压力把岩石压碎、研细。
变质岩主要分布在古老的前寒武纪地层中及其它各个地质时期的地壳活动带，岩浆侵入体周围及断裂带内。
变质作用类型P31
2.变质岩的矿物成份P32
变质后的岩石，一部分继承了原来岩石中的矿物，如岩浆岩和沉积岩中常见的石英、长石、角闪石、辉石、云母、方解石、粘土矿物等。
变质作用形成的新矿物,有些和岩浆作用形成的矿物相同,如石英、长石、角闪石、辉石、云母等;
也会有一些仅由变质作用形成的特殊矿物（称为变质矿物），如绢云母、滑石、绿泥石、石榴子石、蛇纹石等。
变质矿物是变质作用的特定产物。
3.变质岩的结构P32变晶结构变余结构碎裂结构
肉眼鉴定粗粒结构：
如片麻岩，大理岩；
细粒结构：
如板岩，干枚岩。
4.变质岩的构造
变质岩的构造是指矿物分布和排列特点。
大部分变质岩具有明显的定向构造：
片麻状构造、片状构造、千枚状构造、板状构造。
统称片理构造。
少部分变质岩的矿物排列是均匀的和不定向的—块状构造。
片麻状构造P32：
岩石主要由长石、石英等粒状矿物组成，又有一定数量的片状或柱状矿物定向排列，在粒状矿物中不均匀地断续分布，使岩石外表显出深浅色泽相间的不连续条带。
片状构造P32：
岩石中大量片状矿物（如云母、绿泥石、滑石、角闪石等）平行排列所形成的类似薄层状的构造。
千枚状构造P33：
整体上有一定的重结晶。
岩石中鳞片状矿物（绢云母）定向排列，粒度极细，肉眼不能分辨矿物颗粒，但整体上片理面上具有较强的丝绢光泽，通常在垂直于片理面的方向上可见许多小皱纹。
板状构造P33：
泥质为主的岩石中有一些相互平行的微裂面，岩石易劈成薄板，板理面可微具光泽，有时可见绢云母、绿泥石，岩石整体上结晶较弱。
又称板状劈理。
块状构造P33：
岩石中结晶矿物分布均匀、无定向排列、也无定向裂开性质。
四、地质作用
地质作用：
由自然动力引起的地壳物质组成、内部结构、地表形态（发生）变化的作用。
内动力地质作用：
能量来自地球内部，作用于地壳内部。
有建设（形成新的岩体）也有有改造（使已经存在的岩体改变形态、组构）。
外动力地质作用：
能量来自地球外部，主要作用于地表。
主要是破坏（使原来完整的岩体破碎、成分改变），改变后重新组合，将来形成在一段时间内相对稳定的地质体。
4.1
内动力地质作用
（1）岩浆作用
熔融状态的岩浆向地壳中（沿其中的薄弱带，如断裂带）压力比较小的部位运移，甚至会冲破地壳而喷出地表。
岩浆作用的结果：
岩浆体冷凝为岩石---岩浆岩
岩浆体的高温及从中释放出来的具有化学活动性的气液流体，还会作用于围岩。
侵入作用--岩浆侵入地壳内部；
喷出作用（火山作用）--岩浆冲出地表
侵入和喷出的岩浆体最终在围岩中或在地表冷凝，形成岩石---岩浆岩。
火山活动目前全球有活火山1500多座。
休眠火山约有1000－1500个。
现代全球火山活动的空间分布：
1）
环太平洋火山带（火环）；
2）
地中海－印度尼西亚火山带；
3）
洋脊及大陆裂谷（东非裂谷）火山带。
（2）地壳运动
岩石圈的活动在地壳中造成挤压拉伸或水平错动。
这种使地壳内岩体发生位移变形的作用，称为地壳运动。
地壳运动的空间分布：
1）环太平洋带
从西太平洋之新西兰向北新喀里多尼亚、伊里安、菲律宾、台湾、流球、日本、千岛群岛、到阿留申群岛，再沿北美西侧的海岸山脉到南美的安第斯山脉。
2）地中海－印度尼西亚带
从地中海诸山脉（阿尔卑斯、喀尔巴阡山脉、阿特拉斯山脉）往东经高加索山脉、兴都库什山脉、喜马拉雅山脉、横断山脉，在马来群岛和巽他群岛与环太平洋带相连。
大洋洋脊及大陆裂谷带
地壳运动的表现---地震
板块构造说简介见附
（3）变质作用
已经形成的岩石，在地壳内部，由于地壳运动、受高温、高压、及外来化学活动性流体的影响，发生一系列的变化（成分、结晶大小或矿物成分的排列）。
第二节
外动力地质作用
可以分为这样四个阶段：
风化、剥蚀、搬运和沉积。
一、风化作用
（一）风化作用及其类型
在地表环境中的岩石，由于温度变化、大气、水溶液及生物的作用，使之发生机械破碎、化学分解，称为风化作用。
原地破坏作用
机械破碎作用---物理风化；
化学分解破坏---化学风化生物破坏作用---生物风化。
1．物理风化作用
由于温度变化、由于岩石空隙中水的冻结及盐类的结晶，使岩石发生破碎崩解，而又不改变其化学成份，这种过程称物理风化作用。
物理风化使完整的岩石破坏成碎块及岩屑。
物理风化作用方式有三种：
温差风化（热力风化）、冰冻风化（冰劈作用）、盐类的结晶和潮解作用P57-58
温度变化从两个方面导致岩石的破坏解体：
a.破坏岩石中矿物的粒间联结
岩石多半是非均质体，组成岩石的不同矿物各具不同的热膨胀系数。
当温度变化时，不同矿物发生不同的体积胀缩，从而破坏不同矿物晶粒间的联结，使原本紧密完整的岩石内部变得松散；
b.使岩体产生裂隙
岩石是热的不良导体。
在昼夜温差显著的地区，上午—内凉外热的温差。
而夜里—外凉内热的状态。
这种温差造成岩石内外的昼夜不均匀胀缩，在岩石中形成裂隙，使之渐渐解体。
物理风化作用是一种机械破坏作用，它使岩石破碎成粗细不等、棱角显著、没有层次的碎屑，覆盖在岩体表面。
物理风化的作用深度有限，只有几米。
2．化学风化作用
化学风化—水溶液、水中的氧及酸类对岩石的化学破坏，使在地表条件下不稳定的原生矿物变成为稳定的次生矿物。
化学风化有以下几种方式：
溶解作用，氧化作用，水化作用，水解作用。
（1）溶解作用：
P58
如岩盐（NaCl）、石膏（CaSO4·
2H2O）、方解石（CaCO3）。
尤其是当水中含有一定量的CO2时，会大大提高对方解石的溶解能力。
（2）氧化作用：
P59
低价氧化物和硫化物最易遭受氧化作用。
如黄铁矿（FeS2）在水的帮助下很容易氧化成褐铁矿（Fe2O3·
nH2O）
（3）水化作用：
P58
能吸收一定量的水到其晶体结构中去，形成新的含水矿物。
如
CaSO4+2H2O→CaSO4·
2H2O
（硬石膏）（石膏）
含水矿物的硬度一般都低于无水矿物。
水化作用常使矿物体积膨胀，如硬石膏变成石膏，体积将增加30%，对岩体产生破坏。
（4）水解作用：
在一定条件下，水与岩石的组成矿物发生作用时，矿物成分可被分解，并和水进行化学成份的交换，形成带OH－的新矿物。
如长石经水解后可形成高岭石：
4KAlSi3O8+6H2O→Al4（SiO10）（OH）8+8SiO2+4KOH
（正长石）（高岭石）
KOH和部分SiO2呈溶液及胶体状态随水迁移，难溶于水的高岭土和蛋白石（SiO2·
nH2O）残留原地。
在剧烈化学风化条件下，高岭土还会继续被水解，最后形成铝土矿和二氧化硅：
Al4（SiO10）（OH）8＋mH2O→2Al2O3·
nH2O+4SiO2+4H2O
（高岭土）（铝土矿）
化学风化形成两部分产物：
能溶于水的可迁移物质，被流水带走；
残留原地难溶组分，如高岭土、蛋白石、铝土矿和褐铁矿。
这些残积物都呈疏松状。
化学风化作用中的关键因素：
水和温度。
湿热气候条件有利于化学风化作用的进行，化学风化作用可达很深。
而在干燥和寒冷地区，则不发育化学风化作用，风化层一般很薄。
3．生物风化P59
生物的作用对岩石的破坏称生物风化。
1）机械破坏作用
如打洞的动物，使地表附近的岩土疏松破碎；
岩石缝隙中植物根的生长而产生的根劈作用。
2）生物化学作用
植物和细菌在新陈代谢中产生有机酸、硝酸、碳酸、亚硝酸和氢氧化铵等溶液，从而腐蚀破坏岩石。
（二）影响风化作用的主要因素P60
气候条件是起决定作用的，岩石性质和地质构造则影响着同一地区风化的差异性。
1．气候条件
在干燥及寒冷的沙漠、高山及高纬地区，温度变化幅度大，缺乏水的活动。
因而这里物理风化作用占主导地位，化学作用微弱，岩石多被破坏成碎块和碎屑，很少出现粘土矿物，风化带深度一般不超过数米。
而在高温多雨的湿热地区，生物繁茂，生物的新陈代谢活动旺盛，产生大量的有机酸。
这样的气候有利于化学风化和生物风化作用。
硅酸盐矿物被分解得较彻底，形成大量的残余粘土，风化深度可达数十米以上。
2．岩石性质
不同的造岩矿物，由于其化学成份和力学强度的差异而影响其抗风化能力，尤其是在化学风化作用下的稳定性。
常见造岩矿物的抗化学风化的稳定性如表所示。
相对稳定性
造岩矿物
很稳定的
较稳定的
粘土矿物、白云母、正长石、酸性斜长石
不太稳定的
角闪石、辉石、方解石、白云石
不稳定的
黑云母、橄榄石、基性斜长石
岩浆岩总的抗风化能力弱。
岩浆岩的主要矿物成分：
长石、角闪石、辉石、石英。
主要由暗色矿物组成的基性岩和超基性岩比酸性岩易受风化。
沉积岩主要由经过了地表风化改造后的产物组成，因而整体上抗化学风化的能力较强。
但不同成份的沉积岩也差异，所以这些岩石互层的地方会看到差异风化现象。
3．地质构造
地质构造对岩石风化的影响主要在于其中的断裂（断层及各种裂隙）。
因为断裂及裂隙不但破坏了岩石的完整性，还给地下水的活动提供了方便。
所以在断裂及裂隙发育的地段，风化作用强烈，作用深度也异常加大。
构造破碎带在地形上往往造成低地形或沟谷。
因而在野外地质工作中，有“逢沟必断”的说法。
二、剥蚀、搬运和沉积作用
流水、冰川、风，在运动状态下将经过风化破坏的地表岩石、土壤剥离原地、搬运到低处，在新的环境下沉积下来。
沉积物迭加积累，经压密固结，形成沉积岩。
1．地表的侵蚀和搬运营力
来自太阳的能量，推动着大气的循环，推动着水从海洋到大陆的的空中运输。
流动的空气（风）、冰和地面流水不
升级会员 