水利工程地质复习资料全文档格式.docx
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（4）提供工程规划、设计、施工所需的工程地质资料。
工程地质学在水利水电建设中的主要任务:
（1）选择最优良的建筑地址；
（2）查明建筑区的工程地质条件和可能发生的物理地质作用；
（3）根据工程地质条件提出建筑物的结构类型、施工方法既注意事项等；
（4）提出防治、改善不良地质现象的方案措施。
三、我国水利水电工程地质的成就与发展
人类修建水利工程可以追索到公元前。
我国著名的都江堰水利工程在公元前250年就开始修建，著名的京杭大运河是公元前485年修建。
这些工程都需要一定的地质知识。
到20世纪20年代工程地质学才形成为一门独立的学科。
长江三峡水利枢纽工程是当今世界最大的水利枢纽工程。
它位于长陵峡中段，坝址在省市三斗坪，设计正常蓄水位l75米，总库容393亿立方米。
建成后，它不仅为我国带来巨大的经济效益，还将为世界水利水电技术和有关科技的发展作出有益的贡献。
在我国，工程地质学科是在建国之后得到飞速发展，在各项工程中也取得了显著的成就。
第一章
地球是一个旋转的椭球体，平均半径6371km。
在地球表面向下30---40km和2900km有两个分界面，称之为莫霍面和古登堡面，两个界面把地球部分为地壳、地幔和地核三部分。
地核-------古登堡面以下至地心部分。
厚度约3470km，主要由铁镍物质等组成。
地幔----介于古登堡面和莫霍面之间的部分，依据地震波传播的速度，又分为上、下地幔。
组成物质上地幔为多含Fe、Mg的硅酸盐矿物组成，下地幔为FeO、MgO的含量更高。
地壳----地球的表层的固体部分，厚度变化很大。
海洋地壳厚度较薄，平均厚度5----6km，陆地地壳平均厚度约33km。
最厚的地壳是在我国的喜马拉雅山其厚度70—80km。
地球
地球是一个特殊的物理化学系统，它有别于太阳系的其他行星，不但有生物圈和生命的长期作用，有液态水圈和氮-----氧形成的大气圈，还有岩石圈的板块运动。
从而决定了地球系统特有的物质运动与元素行为特征。
组成地壳的化学元素有100多种，各元素含量极其不均匀，其中最主要的有10种，占地壳总质量的99.96%。
美国化学家克拉克应用陨石类比法的分析统计，它们是氧>
硅>
铝>
铁>
钙>
钠>
钾>
镁>
钛>
氢。
地壳中的化学元素是随环境的变化而不断地变化。
元素在一定的地质条件下组成矿物，矿物的集合体就是岩石。
组成岩石的主要矿物叫做造岩矿物。
按成因岩石分为岩浆岩、沉积岩、变质岩。
从分布上地球表面沉积岩和变质岩约占75%，岩浆岩占25%，从质量上沉积岩占地壳质量的5%，变质岩占6%，岩浆岩占89%。
不同的成因是岩石形成的条件不同，岩石的矿物成分、结构和构造各不相同，就是岩石的特征各不相同，表现的力学性质、工程地质条件、水文地质性质也各不相同。
第一节造岩矿物
矿物是各种地质作用的天然产物，具有一定的物理性质和化学成分。
矿物可以是单质元素或者是化合物。
矿物的物理形态有固态、液态和气态。
如金、石油、天然气。
人们发现的矿物已有3000多种，常见的主要矿物有100多种，重要的造岩矿物仅30多种。
我们把组成岩石的主要矿物称之为造岩矿物。
常见的造岩矿物如长石、石英、角闪石、橄榄石、方解石、白云石、辉石、石膏、绿泥石、石榴子石等。
如花岗岩其组成的主要矿物为石英、长石、云母等。
一、矿物的形态
（一）矿物的单体形态
1、结晶质和非结晶质矿物
造岩矿物绝大部分是结晶质------组成矿物元素质点在矿物部按一定的规律重复排列，形成稳定的结晶格子构造。
我们把具有一定的结晶格子构造的物质叫做结晶质。
结晶常形成固定的几何形态，称之为晶体。
非结晶体就是元素在矿物部质点排列没有一的规律性。
2、矿物的结晶习性
简单的说，矿物晶体在三度空间的发育程不同，形成单向、二向、三向延长。
（二）矿物集合体的形态
矿物集合体-------同种矿物多个单体聚集在一起整体，其集合体的形态取决于单体的形态和它们的集合方式。
矿物集合体的形态有粒状、片状、板状、纤维状、针状、柱状、晶簇状等。
二、矿物的物理性质
每一种矿物都有自己的物理性质。
任何地质工作都要和各种岩石接触，要对岩石进行研究，首先，必须研究矿物，矿物的物理性质是鉴定矿物的主要依据。
矿物的物理性质包括：
颜色、条痕、透明度、光泽、解理和断口、硬度等。
第二节岩浆岩
一、岩浆岩的成因与产状
成因：
岩浆岩又称火成岩，其形成是由于地壳深部和地幔中高温、高压的岩浆侵入地壳之或喷出地表经冷却凝固所形成的岩石。
产状：
指岩浆岩体的大小、空间形态与周围岩石的关系。
高温高压状态下的岩浆是熔融体。
其成分以硅酸盐为主，含有大量的挥发性物质，且具有一定的黏度，在地壳运动过程中，沿着地壳的软弱带或深大断裂向压力小的地方移动，侵入到地壳之或喷出地表，岩浆经过冷却凝固，形成各种不同的岩浆岩。
整个过程称为岩浆作用，岩浆岩又分为侵入岩和喷出岩。
常见的花岗岩、玄武岩是侵入岩和喷出岩。
（一）侵入岩的产状
侵入岩依据位置分为深层岩和浅层岩。
常见的产状有：
岩基、岩株、岩墙和岩脉、岩盘、岩床。
岩基：
大规模的深层侵入形成的岩浆岩，分布面积大于100平方公里。
岩株：
分布面积小于100平方公里的深层岩浆岩。
岩墙和岩脉：
岩浆侵入形成板状的岩体。
宽度几厘米至几十米，长度几米到几十公里。
直立的或近似直立叫岩墙，倾斜或不规则的叫岩脉。
岩盘：
底部较平，中心厚度较大，顶部隆起的层间侵入体。
岩床：
沿原有的岩层层面侵入。
（二）喷出岩的产状
如我们见到的流纹岩、玄武岩、安山岩都是喷出岩。
喷出岩的产状有熔岩流、溶岩被、火山锥等。
二、岩浆岩的矿物成分
岩浆岩的矿物成分较复杂，组成地壳的化学元素在岩浆岩中都能见到，但主要是以氧化物的形式出现。
如SiO2AI2O3Fe2O3FeOMgOCaONa2OK2O等。
但其中SiO2的含量最多，岩浆岩实质也是硅酸盐岩石。
依据SiO2含量的多少岩浆岩划分为：
超基性岩、基性岩、中性岩、酸性岩。
超基性岩：
SiO2含量<
45%
基性岩：
SiO2含量45-----52%
中性岩SiO2含量52-----65%
酸性岩SiO2含量>
65%
岩浆岩的矿物成分既可反映岩石的化学成分和生成条件，也是岩浆岩命名的主要依据之一。
矿物成分也反映岩石的工程地质性质。
鉴别岩石必须鉴定矿物成分。
组成岩浆岩的矿物有30多种，长石、石英、白云母、黑云母、辉石、角闪石、橄榄石等是主要的矿物。
三、岩浆岩的结构
1、岩浆岩的结构是指岩浆岩中矿物的结晶程度、颗粒的大小、形状，以及它们的组合关系。
这也是区分和鉴定岩浆岩的重要标志之一。
岩浆岩的结构分类如下：
（1）按岩石中矿物结晶程度划分
全晶质结构----------岩石全部由结晶质矿物组成，多见于深层岩，如花岗岩。
（2）半晶质结构-----------由结晶矿物和非结晶的玻璃所组成，多见于喷出岩，如流纹岩。
（3）玻璃质结构--------全部由玻璃质所组成，矿物来不及结晶，多见于喷出岩。
2、按岩石中矿物颗粒的绝对大小划分
（1）显晶质结构------岩石中的矿物颗粒，平肉眼或借助放大镜能分辨出矿物颗粒。
岩浆岩的结构
粗颗粒结构颗粒直径>
5mm
中颗粒结构颗粒直径5---1mm
细颗粒结构颗粒直径1---0.1mm
（2）隐晶质结构-----------岩石中的矿物颗粒非常细小，要用显微镜才能分辨晶粒特征的结构。
3、按岩石中矿物颗粒的相对大小划分
（1）等粒结构-------岩石中主要矿物的颗粒粗细大致相等。
（2）不等粒结构----岩石中主要矿物的颗粒粗细大小相等。
（3）斑状结构-------指岩石由两组直径相差甚大的矿物颗粒组成，大的叫斑晶，小的叫基质，基质分为隐晶质和玻璃质。
大晶粒散布在小晶粒中。
还有视斑状结构。
四、岩浆岩的构造
岩浆岩的构造，是指岩浆岩中的矿物在空间的排列、配置和充填方式所形成的特征。
1、块状构造----矿物分布比较均匀，无定向排列，是岩浆岩中最常见的一种构造。
2、流纹构造----由不同颜色的矿物、玻璃质和拉长的气孔等，沿熔岩流动方向作平行排列所形成的一种流动构造。
3、气孔构造-----在岩石中形成众多大小不一、互不联通的孔洞。
4、杏仁构造---------熔岩中的气孔被次生矿物充填，形似杏仁。
五、岩浆岩的分类及简易鉴定方法
六、主要岩浆岩的特征
岩浆岩的特征就是岩浆岩的矿物成分、结构和构造特征。
辉长岩（基性深成岩）闪长岩（中性深成岩）花岗岩（酸性深成岩）
第三节沉积岩
沉积岩是地球表面出露最多的岩石，地球表面75%被沉积岩覆盖，但其质量所占比例很小。
沉积岩最显著的特征就是成层状。
一、沉积岩的形成
沉积岩的形成是漫长又复杂的地质作用过程，一般分为四个阶段。
风化阶段搬运阶段沉积阶段胶结成岩阶段
1、风化阶段-----也称为原岩破坏阶段，地表或接近地表以形成的岩石，在长期的温度变化、水、氧、生物因素的作用，在原地发生机械崩解或化学分解，变成松散的碎屑物质、新的矿物或溶解物质。
2、搬运阶段-----部分碎屑物质被水流、风、冰川、生物等搬运到其他地方。
一部分留于原地。
3、沉积阶段------被搬运的碎屑物质在适当的地点沉积下来，包括了机械沉积、化学沉积、生物化学沉积等方式。
4、胶结成岩阶段-----------经过压实（上覆沉积物的重力压固，空隙减少，谁被挤出）、胶结（胶结变硬）、重新结晶作用，形成的岩石叫做沉积岩。
二、沉积岩的矿物组成
沉积岩常见的矿物仅有20多种，可分为
1、碎屑矿物--------也称原生矿物，原岩中一些抗风化能力较强的矿物残存下来，如长石、石英等矿物。
2、粘土矿物--------原岩风化破碎后生成的次生矿物，如高岭石、蒙脱石、水云母等。
3、化学沉积矿物----------生物化学沉积作用形成的矿物，如方解石、白云母、石膏、岩盐。
4、有机质及生物残骸--------生物残骸或经过有机化学变化形成的矿物，如贝壳、泥炭、石油。
3、化学沉积矿物----------生物化学沉积作用形成的矿物，如方解石、白云母、石膏、岩盐。
4、有机质及生物残骸--------生物残骸或经过有机化学变化形成的矿物，如贝壳、泥炭、石油。
三、沉积物的结构
沉积物的结构主要有以下四种
1、碎屑结构--------碎屑物质被胶结粘结起来形成的一种结构。
（1）、按碎屑粒径碎屑结构分为
砾状结构-----------碎屑粒径>
2mm
砂质结构包括粗砂结构碎屑粒径为2.0-----0.5mm中砂结构碎屑粒径为0.5-----0.25mm
细砂结构碎屑粒径为0.25-----0.05mm粉砂质结构碎屑粒径为0.05------0.005mm
（2）按碎屑颗粒的磨圆程度分为尖棱角状、次棱角状、次圆状和圆状
（3）胶结物及胶结类型常见的胶结物有
硅质---------胶结物为SiO。
颜色浅，岩型坚固，强度高，抗水性及抗风化性强。
铁质---------胶结物为铁的氧化物和氢氧化物。
常呈红色或棕色，岩石强度次于硅质胶结。
钙质---------胶结物为CaMg的碳酸盐，呈白灰色、青灰色。
岩石较坚固，强度较大，具有脆性、可溶性，遇盐酸起泡。
泥质---------胶结物成分为粘土。
多呈黄褐色，性质较松易破碎，遇水易软松散。
石膏质--------胶结物成分为CaSO。
硬度小，胶结不紧密。
胶结类型
基底胶结------胶结物含量较多，碎屑物孤立地分布于胶结物中，彼此互不接触。
孔隙胶结------碎屑物颗粒紧密接触，胶结物充填与粒间孔隙中。
接触胶结------胶结物含量极少，碎屑颗粒互相接触，胶结物近存在于颗粒的接触处。
2、泥质结构------粘土结构
50%以上的粒径小于0.005mm的粘土颗粒组成，质地均一。
这种结构是粘土岩的主要特征。
3、晶粒结构
岩石中的颗粒在溶液中结晶或呈胶体形态凝结沉淀而成的。
由鲕状、结核状、致密块状等。
4、生物结构
4、由30%以上的生物残骸碎片组成的岩石结构，如生物碎屑结构、贝壳结构等。
四、沉积岩的构造
沉积岩的构造是沉积岩的各个组成部分的空间分布和排列方式。
（一）层理构造
层理构造是沉积岩垂向的“成层”现象，是区别其他类岩石的显著标志。
1、水平层理2、单斜层理3、交错层理
（二）层面构造岩层层面上由于水流、风、生物活动等作用留下的痕迹，如波痕、泥裂、雨痕等。
（三）结核沉积岩与围岩成分有明显的区别是矿物质团块.
（四）生物成因构造沉积岩中具有生物残骸或生物活动的迹象。
典型沉积岩砂岩典型沉积岩页岩
典型沉积岩砾岩典型成积岩角砾岩
第四节变质岩
地壳中原有的岩石，由于受地壳运动和岩浆活动等动力影响造成物理、化学环境的改变，在其高温、高压及其它化学因素的作用下，原来岩石的矿物成分、结构、构造发生一系列变化，形成新的岩石叫做变质岩，这种改变岩石作用叫做变质作用。
虽然岩浆岩和变质岩都是力地质作用的产物，但两者的相成机制和特征有很大的不同。
他们之间的主要区别是：
前者主要是从流体相（岩浆）结晶转变成固相（岩石）的降温过程；
后者主要经历了温度和压力的变化，是从一种固相转变为另一种固相的结晶过程。
一、变质作用的因素及类型
变质作用的因素有：
高温度、高压力及化学活动性流体。
变质作用的类型：
接触变质作用、区域变质作用、混合岩化作用、动力变质作用
1、接触变质作用
发生在侵入岩与围岩之间的接触带上，由温度和挥发性物质所引起的变质作用，高温使得岩石发生矿物的重结晶、脱水、脱碳以及物质的重新组合，形成新的矿物与变晶结构。
岩浆分异出来的挥发性物质会使岩石化学成分发生显著的变化，产生新矿物。
2、区域变质作用
大的围由于温度、压力及化学活动性流体等因素引起的变质作用。
3、混合岩化作用
原有的变质岩体与岩浆流体互相混合交代而形成新岩石的作用。
4、动力变质作用
在地壳构造运动时产生的定向压力使岩石发生的变质作用。
其特点是与断层带相伴生，原岩被挤压破碎、变形并有重新结晶现象，形成特有的糜棱岩、角砾岩及蛇纹石、绿泥石等变质矿物。
二、变质岩的矿物成分
变质岩的矿物成分有两部分一部分是原岩中的抗风化、变质能力较强的矿物，如长石、石英、云母、角闪石、方解石等。
另一部分是变质作用后产生的变质矿物。
如红柱石、绿泥石、滑石、石榴子石、蛇纹石等。
三、变质岩的结构
1、变余结构---在变质作用过程中，由于重结晶、变质结晶作用不完全，原岩的结构特征被部分保留下来，称为变余结构。
2、变晶结构-----岩石在固体状态下发生重结晶或变质结晶所形成的结果-------变晶结构。
是变质岩最常见的结构。
3、碎裂结构----岩石受定向压力后发生破裂，形成的碎块或粉末后又被胶结在一起的结构。
四、变质岩的构造
岩石经变质作用后形成一些新的构造特征。
1、板状构造-----岩石具有平行、较密集而平坦的破裂面，沿破裂面岩石容易分裂成板状体。
2、千枚状构造-----岩石呈薄板状，基本是重新结晶并呈定向排列，但结晶程度较低。
3、片状构造-----在定向挤压力的长期作用下，岩石中的矿物成分都呈平行定向排列，岩石中个组分全部重新结晶。
4、片麻状构造------以粒状变晶矿物为主，其间夹以鳞片状、柱状变晶矿物。
结晶程度较高，在片麻岩中常见的构造。
5、块状构造-----岩石中的矿物均匀分布，结构均一，无定向排列。
关于三大类岩石，形成的地质条件、地质环境是完全不同的，但岩石形成之后三大类岩石是可以互相转变的，岩浆岩、沉积岩、变质岩随地质条件地质环境的变化都可以转变为沉积岩、变质岩，也可以转变为岩浆岩。
人们研究地质的作用过程是通过地质作用遗留下来的地质遗迹，通常称之为将今论古，也可以预测未来，讲古论今。
五、变质岩的分类及主要变质岩的特征
一、岩石的主要物理力学性质指标
（一）岩石的主要物理性质指标
1。
密度和重度2。
相对密度3。
空隙率4。
吸水率和饱和吸水率
第五节岩石的物理力学性质指标及风化岩石
（二）岩石的主要力学性质指标1。
单轴抗压强度2。
岩石的变形参数3。
抗剪强度
二、岩石的风化作用
岩石的风化作用------分布在地表或地表附近的岩石，经受太阳辐射、大气、水溶液及生物等侵袭，逐渐破碎、松散或矿物成分发生化学变化，甚至生成新的矿物的现象。
（一）风化作用的类型
岩石的风化作用主要的是物理风化和化学风化，其他还有生物风化。
物理风化----温度的变化、水的冻融等使岩石破碎。
化学风化------是指在氧、水溶液等风化因素影响下，岩石中的矿物成分发生化学变化，改变或破坏岩石的性状并形成此生矿物的过程。
其形式有
（1）氧化作用
（2）溶解作用（3）水化作用（4）水解作用5）软化、泥化作用
（二）影响岩石的风化的因素
岩石风化是一个十分复杂的过程，影响因素众多。
主要有：
气候、地形和地下水的影响2。
岩石的性质3。
断层、裂隙的影响
第二章地质构造及区域构造稳定性
概述
地球已经有46亿年的历史，46亿年是地球复杂的演变、变化的历史.地球每时每刻都在变化，我们看到的是地壳表面的变化，这种变化是长期的缓慢的，有些甚至不为人们所察觉。
在山脉的隆起、地壳的升降、火山的喷发、地震、海啸的突然来临、长期的风化作用、河流的侵蚀作用，都会引起地球部的结构变化和地壳表面的变化，这些引起地壳的物质组成、地壳结构和地表形态不断发生变化的作用，通称地质作用，地质作用分为动力地质作用和外动力地质作用两种类型。
动力地质作用---------地球部放射元素的蜕变、地球自转、重力均衡所引起的地壳运动、岩浆活动、火山喷发、变质作用等，其能量来源于地球部。
外动力地质作用----------太阳的辐射、流水的作用所引起的岩石的风化、剥蚀、搬运、沉积及成岩作用等。
地球表面的形态是外地质作用共同作用的结果，动力地质作用起主导作用，外动力地质作用起装饰、美化的作用。
地壳运动又叫做地质构造，是动力地质作用引起的地壳变形、变位，其结果是地壳的物质组成、地壳的结构发生变化，造成地壳的隆起或下降；
岩层受挤压力发生弯曲、错断或开，形成褶皱、断层、裂隙，其过程常常伴随地震、火山喷发及变质作用的发生。
残留在岩层中变形、变位的现象称为地质构造形迹或构造形迹。
人们将今论古，就是根据地壳运动后遗留下来的地质形迹推断不同的历史时期发生的地质过程。
地壳运动有水平运动和垂直运动两种基本形式。
垂直运动也叫做升降运动，指地壳的运动方向垂直于地球表面，主要的表现就是大面积的地壳上升或下降。
也称造陆运动。
水平运动是指地壳岩层平行地球表面的运动，表现为地壳岩层的水平位移。
称造山运动。
地壳上升形成山岳、高原，下降形成湖海、盆地。
在漫长的地质历史中地壳的上升、下降可以交替进行，造成海陆变迁。
沧海桑田是祖先对地壳变化的形象描述。
大陆漂移的证据有：
应用计算机技术对大西洋两岸进行拼合地质构造带对比古生物与冰川、气候证据古地磁极移轨迹拟合大陆的外形
地壳的水平运动往往形成巨大的褶皱山脉，又称为造山运动。
垂直运动常常表现为大规模的隆起或凹陷，造成地势高低起伏和海陆变迁。
又称为造陆运动。
区域构造稳定性是区域地壳稳定性的简称。
是指现代地壳活动性对工程安全的影响程度。
现代地壳活动是指地表形变、活断层、地震、火山喷发等。
这些都会造成建筑工程的破坏，同时还会引发一些地质灾害。
大的建筑工程必须考虑区域稳定性。
第一节地史概要
一、地质年代的划分
地史就是地质历史，是地壳发展演变的历史，人们根据地质构造遗留的遗迹推断地壳的历史和变化过程。
地球形成至今有46亿年，在这漫长的地质历史中，地壳发生了多次强烈的构造运动，每一次构造运动都改变了地球表面的自然地理环境，不同的地质时期形成了不同的岩层、产生了不同的地质构造、留下了不同的构造遗迹，不同的历史时期造就了不同的生物。
地质学家根据这些特征讲地质历史划分为若干级别不等的时间段落。
地质历史按时间的长短依次为宙、代、纪、世、期，每个赋予不同的名称，如新生代、中生代等，每个代又有二至三个纪，纪又划分为二至三个世，世又划分为期，其中代、纪、世的划分方法、表示的符号国际上是统一的。
地球上生物的演化遵循由简单到复杂，由低级到高级的不可逆过程，同时生物界能十分灵敏地反映地球表层自然环境、地理环境及其演变特征，这又与行星地球个圈层自身的运动机制以及相互间的联系制约密切有关。
因此，生物演化史能够详尽而有效地反映地球历史的客观自然阶段。
地质年代表就是根据地壳运动和生物演化的巨型阶段，将46亿年地球演化史划分为两个最高级别的地质年代单位：
隐生宙和显生宙。
在显生宙中，根据生物界的总体面貌划分出3个二级地质单位：
古生代（含早古生代、晚古生代）、中生代、新生代。
最常用的三级地质年代单位是纪，纪的下一级地质年代单位是世，世又分为期。
在每个纪中生物界面貌各有特色，如泥盆纪的生物登陆，侏罗纪的恐龙、第四纪的人类演化等。
见地质年代表
表中有地质时代的名称、相对年代、绝对年代、主要构造运动、我国地史的简要特征。
如：
隐生宙分为：
太古代和元古代，大的构造运动有五台运动、吕梁
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