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1、土木工程地质（教案）土木与材料工程系第一章 绪论一、土木工程地质学研究内容地质学：研究地球性质的科学。(土木)工程地质学：研究人类在(土木)工程建设活动中产生的地质问题，特别是不良地质问题的应用学科。它研究人类工程活动与地质环境相互关系，是地质学与工程紧密结合的学科。地质环境 制约 工程建设例：地震烈度限制城市发展软土地基需处理滑坡迫使工程改线工程建设 破坏 地质环境例：抽取地下水引起地面沉降、地面塌陷工程地质学任务：研究工程建设与地质环境二者之间的相互制约关系，促使矛盾转化和解决。既保证工程安全、经济、正常使用，又合理开发和利用地质环境。工程地质条件与工程有关的地质因素的综合。工程地质问题与
2、工程建筑物之间的矛盾。各类工程问题：对工民建-场地稳定性、地基承载力及变形问题高层建筑-深基坑开挖、降水、对环境影响问题地下工程-洞室围岩稳定、承压水的危害问题道路工程-山区滑坡、崩塌、泥石流问题水利工程-渗透问题、水平抗滑问题不良地质作用：指对工程建设不利或有不良影响的动力地质作用。如滑坡、崩塌、泥石流等。工程地质学的研究内容：1）岩土工程性质的研究2）工程动力地质作用的研究3）区域工程地质的研究4）勘察技术和理论的研究5）环境工程地质学的研究二、工程地质与岩土工程的关系有四种见解：1.岩土工程是工程地质的分支。2.是岩土力学在工程上的应用。3.是基础工程和地下结构工程。4.按岩土工程勘察规
3、范定义：岩土工程（Geotechnical engineering）是以土力学、岩石力学、工程地质学和地基基础工程学为理论基础，以解决和处理在工程建设中出现的所有与岩土体有关的工程技术问题的一门地质和工程紧密结合的新专业学科。岩土工程的补充定义如下：岩土工程是土木工程中涉及岩土体的整治、改造和利用的科学技术。岩土工程是工程地质勘察、基础（或地下结构）方案设计、基础（或地下结构）施工三位一体的工程：l地质学是定性分析的基础；岩土力学是定量评价的基础；结构工程有关的知识是进行土木工程设计与施工的基础。必须根据建筑场地的工程地质条件，结合工程要求，制定相应方案。三、学习要求与方法课程内容：1.基础地
4、质知识2.岩土工程地质性质3.各种类型工程的地质问题4.工程地质勘察方法5.工程地质环境评价课程特点：内容广、概念多、实践性强。学习要求：掌握工程地质学基本知识，掌握地质分析的方法，解决实际工程问题。第2章 地质作用与地质构造地球的表面高低起伏，有高山、大海、河流、湖泊、沙漠、平地等，地表形态的差异是在长期的地球发展历史中，地壳演变而来的。人们把引起地壳的物质组成、内部结构和表面形态不断运动、变化和发展的各种自然作用称为地质作用。地质作用也促使各种岩石、矿物的形成与破坏。各种地质作用也会使岩石或岩层发生变形和变位，形成各种构造运动的形迹。地质构造即是在各种内外动力地质作用下形成的岩石变形的产物
5、，具体表现为岩石的弯曲变形和断裂变形等。2.1地球概况1地球形状地球表面的形态大致可分为陆地和海洋两部分。其中海洋面积占70.7%，陆地面积占29.3%。陆地多集中于北半球，平均海拔高度为860m，最高点为中国珠穆朗玛峰8848.13m。海洋多集中于南半球，平均深度为3700m，最深处为太平洋西北部的马里亚纳海沟（高程-11033m）。地球上的陆地被海水分割为许多巨大的陆地和较小的陆块，前者称为大陆或大洲，后者叫岛屿。陆地表面形态按其高程和起伏情况，可分为山地、高原、丘陵、盆地和平原等地貌形态。2地球的圈层构造地球是一个演化的行星，从原始物质均一的球体，经分异演化成为具层圈构造的行星，把地球划
6、分为外圈层和内圈层：其外圈层包括大气圈和水圈、生物圈；而其内圈层包括地壳、地幔和地核，内圈层各层之间的化学成分有显著差异。地壳由坚硬的岩层和岩层风化后所形成的土层组成。地壳的平均密度为2.62.9g/cm3。组成地壳的物质主要是地球中比较轻的硅镁和硅铝等物质。地壳的上层为硅铝层，相对密度2.62.7g/cm3，下层为硅镁层，相对密度2.82.9g/cm3。组成地壳的主要化学元素及含量元素成分（%）元素成分（%）元素成分（%）OSiAl46.9527.888.13FeCaNa5.173.652.78MgKH2.062.580.142.2地质作用地质学把自然营力引起岩石圈的物质组成、内部结构、构造
7、和地表形态等不断运动、变化和发展的作用称为地质作用。把引起这些变化的各种自然营力称为地质营力。1地质作用的能量来源任何地质作用都要消耗能量。形成地质作用的能量来源主要有两种，一种是来自地球以外的能量，称之为外能，主要有太阳辐射能、潮汐能和生物能（包含人类的能量）等；另一种是来自地球内部的能量，称之为内能，主要是地内热能、地球旋转能、重力能等。2地质作用的分类依据能量来源的不同，地质作用分为两大类：内力地质作用与外力地质作用。1).内力地质作用由地球的旋转能、重力能、化学能和结晶能等内能引起的整个岩石圈物质成分、内部构造、地表形态发生变化的地质作用称为内力地质作用。包括地壳运动、地震作用、岩浆作
8、用和变质作用四种主要类型。（1）地壳运动。地壳运动是指引起地壳发生变形、变位等的内动力地质作用，又常称为构造运动。地壳运动按其运动方向分为水平运动和升降运动两类。（2）地震作用。地应力的突然释放使地壳产生快速颤动的地质作用为地震作用。地震是地壳长期缓慢运动的结果，不易被人感觉到，但是一旦地壳运动所积累的地应力超过了组成地壳的岩石应力强度时，岩石就要发生断裂而引起地震。（3）岩浆作用。岩浆沿地壳软弱地带上升时发生的一系列物理化学变化直至冷凝成岩的作用。当岩浆冲破地壳，喷出地面时，称之为喷出作用(火山作用)；如果上升到地壳某一部位，侵入到围岩中的一系列过程称之为侵入作用。(4)变质作用。地壳中已经
9、存在的岩石受温度、压力或化学流体的加入而改变其成分、结构和构造形成新的岩石的作用称为变质作用。2.外力地质作用外力地质作用是指主要来自于地球之外，作用于地表及其附近是地表矿物和岩石遭破坏而形成新的矿物和岩石，同时也引起地表形态不断变化的地质作用。按其作用方式可分为：（1）风化作用。风化作用是指在温度变化、大气、水和生物等作用下，岩石、矿物在原地发生变化的作用。按其性质分为物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用。（2）剥蚀作用。风、流水、冰川、 湖海中的水在运动状态下对地表岩石、矿物产生破坏并把破坏的产物剥离原地的作用。按动力来源分为风的吹蚀作用、流水的侵蚀作用、地下水的潜蚀作用、冰川的刨蚀作
10、用等。（3）搬运作用。风化、剥蚀作用的产物被迁移到他处的过程。由于搬运介质的不同，可分为风的搬运作用、流水的搬运作用、冰川的搬运作用等。（4）沉积作用。 当搬运动力的动能减小，搬运介质的物理化学条件发生变化或者在生物的作用下，被搬运的物质在新的环境下堆积起来。按沉积方式分为机械沉积作用、化学沉积作用和生物沉积作用。（5）成岩作用。使各种松散堆积物变成坚硬的沉积岩的作用。包括胶结作用、压实作用和结晶作用。内、外力地质作用互有联系，但发展趋势相反。内力作用使地球内部和地壳的组成和结构复杂化，造成地表高低起伏；外力作用使地壳原有的组成和构造改变，夷平地表的起伏，向单一化发展。总的来说，内力作用控制着
11、外力作用的过程和发展2.3地质年代地质年代是表示地壳表层不同地质历史时期形成的岩石和地层，地质事件等在形成过程的时间和先后顺序。通过地质年代可以阐明地壳发展变化的历史过程和生物演化的情况，确定岩层形成的先后次序和生成环境以及构造变动等。2.3.1地质年代的分类与地质年代的划分1.地质年代的分类地层的地质年代有绝对地质年代和相对地质年代之分。绝对地质年代是指地层形成到现在的实际年数，是用距今多少年以前来表示；相对地质年代是指地层形成的先后顺序和地层的相对新老关系。2.地质年代的划分地质年代与相对应的地层单位表地质单位宙代纪世期地层单位宇界系统阶2.3.2相对地质年代的确定在工程地质工作中，用得较
12、多的是相对地质年代。相对地质年代的确定方法主要包括地层层序法、古生物层序法、岩性对比法、地层接触关系法。1.地层层序法未经剧烈构造变动的沉积岩，新岩层在上，较老的岩层在下；若岩层经剧烈的构造运动，如地层发生层序倒转，就须利用沉积岩的泥裂、波痕、雨痕、交错层等构造特征，来恢复原始地层的层序，以便确定其新老关系。2.古生物层序法地质历史上的生物称为古生物。其遗体和遗迹可保存在沉积岩层中，形成化石。生物的演变从简单到复杂，从低级到高级不可逆地不断发展。因此，岩层中出现的生物越原始、越简单、低级则说明地层形成的年代越古老；反之地层中所含的生物越进步、复杂、高级，说明地层时代越新。3.岩性对比法在同一时
13、期、同一地质环境下形成的岩石，具有相同的颜色、成分、结构、构造等岩性特征和层序规律。因此，可根据岩性特征对比来确定某一地区岩石地层的时代。4.地层接触关系法地层间的接触关系，是构造运动、岩浆活动和地质发展历史的记录。岩层的接触关系有沉积岩之间的整合接触、平行不整合接触、角度不整合接触，岩浆岩与沉积岩之间的沉积接触和侵入接触，以及岩浆岩与围岩之间的穿插接触关系。整合接触 是指相邻的新、老两套地层产状一致，它们的岩石性质与生物演化连续而渐变沉积时间没有间断。它反映了岩层形成时期的地壳运动相对较为稳定，是在地壳均匀下沉、连续沉积的环境中形成的。不整合接触 由于地壳运动，上下两套地层之间往往出现明显的
14、沉积间断，且岩石性质与古生物演化顺序也不连续，这种接触关系称为不整合接触。沉积岩间的不整合接触可分为平行不整合接触和角度不整合接触。平行不整合接触或者称之为假整合接触，是指相邻的新、老地层产状基本相同，但两套地层之间发生了较长期的沉积间断，其间缺失了部分时代的地层。两套地层之间的界面叫做剥蚀面，也叫不整合面，它与相邻的上、下地层产状一致，并有一定程度的起伏。界面上可能保存有风化剥蚀的痕迹，有时在界面靠近上覆岩层底面一侧还有源于下伏岩层的底砾岩。角度不整合接触。角度不整合接触是指相邻的新、老地层之间缺失了部分地层，且彼此之间的产状也不相同，成角度相交。剥蚀面上具有明显的风化剥蚀痕迹保存着古风化壳
15、、古土壤层，常具有底砾层。角度不整合接触表示较老的地层形成以后。因强烈的构造运动形成褶皱、断裂，并隆起、遭受剥蚀，造成沉积间断。然后，地壳再下降，在剥蚀面上接受沉积，形成新地层。侵入接触是指由岩浆侵入于先形成的沉积岩层中形成的接触关系；沉积接触是岩浆岩经风化剥蚀后，又继续接受沉积，剥蚀面上部的沉积岩层无变质现象，而在沉积岩的底部往往存在有由岩浆岩成分的砾岩或风化剥蚀的痕迹；穿插接触主要表现为后期生成的岩浆岩脉或岩株等侵入体插入早期生成的围岩（岩浆岩或沉积岩）中，将早期形成的围岩切隔开。2.4地质构造在构造运动的作用下，组成地壳的岩石和岩体发生变形变位形成各种构造运动的形迹称为地质构造。地质构造
16、的基本类型可包括水平构造、倾斜构造、褶皱构造、断裂构造等。其中褶皱构造和断裂构造是最主要的构造类型。2.4.1 水平构造和单斜构造沉积作用形成的沉积岩，在没经受构造变动时期，岩层的产状是水平的或者近似水平，称之为水平构造。受地壳变动影响，使原来水平的岩层，产状发生变动，最简单的形式就是岩层发生倾斜，岩层层面与水平面形成一定的夹角，岩层向同一方向倾斜，称之为单斜构造岩层的空间位置用岩层产状描述。把岩层的空间位置定义为岩层产状。倾斜构造的产状可以用岩层层面的走向、倾向和倾角三个产状要素来表示。AC走向；BD倾向；倾角在文字记录中，岩层产状常用三种表示方法。如一组走向为北西320，倾向南西230，倾
17、角30的岩层可表示为320,230,30或23030。由于岩层的走向和倾向相差90，所以在野外调查记录时，一般采用最简单的表示方法23030，即只记录岩层的倾向和倾角。2.4.2 褶皱构造在强烈的构造应力作用下，组成地壳的岩层产生一系列的波状弯曲而没有丧失其整体性和连续性的构造形态称之为褶皱构造。1.褶曲褶皱构造通常是一系列的波状弯曲，我们把其中的一个弯曲称为褶曲，褶曲是褶皱构造的基本组成单位。每个褶曲一般有核、翼、轴面、轴、枢纽及转折端等几个部分组成，称之为褶曲要素2 褶曲基本形态。褶曲有背斜和向斜两种基本形态 1）背斜 是指岩层向上隆起的弯曲。背斜褶曲的岩层以褶曲轴为中心向两翼倾斜，地表受
18、到剥蚀露出有不同地质年代的岩层时，年代较老的岩层出现在轴部，从轴部向两翼依次出现较新的岩层，并且两翼岩层呈对称出现。2）向斜 是指岩层向下凹陷弯曲的褶曲形态。向斜褶曲中，岩层的倾斜方向与背斜相反，两翼的岩层都向褶曲的轴部倾斜。地面遭受剥蚀时，向斜褶曲轴部出露的是较新的岩层，向两翼依次出露的较老的岩层，其两翼岩层也对称分布。3.褶曲形态分类根据轴面产状划分的褶曲形态类型：（a）直立褶曲； （b）倾斜褶曲 ；（c）倒转褶曲 ；（d）平卧褶曲如果按褶曲枢纽的产状类型，褶曲可以分为：水平褶曲；倾伏褶曲4.褶皱构造的野外识别在野外通常根据实际情况采用穿越法或者追索法来进行识别。（1）穿越法 穿越法是指垂
19、直岩层走向，沿着选定的路线进行调查。穿越法的优点是有利于调查岩层的产状、层序及其新老关系。如果在路线通过地带的岩层呈有规律的重复出现，且对称分布，说明为褶皱构造。（2）追索法 追索法是指沿着平行于岩层走向的调查路线进行观察的方法。平行岩层走向进行追索观察，便于调查褶皱构造延伸的方向及其构造变化的情况。5.褶皱构造的工程地质评价一般来说，褶皱构造对建筑工程的影响主要有以下几个方面。（1）褶曲核部或转折端岩层由于受水平张拉应力作用，节理发育，破坏岩体结构的完整性和强度，另外在石灰岩地区还往往导致岩溶较为发育，所以在核部布置各种建筑工程，如房屋建筑、道路桥梁、坝址、隧道等，必须注意岩层的坍落、漏水、
20、涌水问题。（2）在褶曲翼部布置建筑工程，要重点注意岩层的倾向及倾角的大小，注意其滑动性对岩体稳定性有一定影响。（3）地下工程(隧道或道路工程线路)，一般宜设计在褶皱翼部。让线性工程（如隧道）通过性质均一岩层，有利于稳定。（4）对于深路堑和高边坡来说，路线垂直岩层走向，或路线与岩层走向平行但岩层倾向与边坡倾向相反时（也就是通常所说的反向坡），仅从岩层产状与路线走向的关系方面而言，对路基边坡的稳定性是有利的。2.4.3 断裂构造构成地壳的岩层受力作用发生变形，当变形达到一定程度时，发生断裂，导致岩层的连续性和完整性遭到破坏，产生各种大小不一样的断裂，称为断裂构造。一般来说，根据岩体断裂后，断裂面两
21、侧岩体相对位移的情况，断裂构造分为断层和节理两大类型。1.节理节理也称之为裂隙，是存在于岩体中的裂缝，是指岩层受力断开后，裂面两侧岩层沿断裂面没有明显的相对位移时的断裂构造。2)按力学性质分类。根据节理的力学性质，可把构造节理分为剪节理(亦称扭节理)和张节理两类。3）按与岩层产状的关系分类 按与岩层产状的关系可分为走向节理、倾向节理、斜交节理。（2）节理发育程度分级按节理（裂隙）的组数、密度、长度、张开度及充填情况，对节理发育情况分级。公路工程地质常用的节理发育程度的分级（表2-4）。 表2-4 节理发育程度分级表 发育程度等级基本特征附注节理不发育节理12组，规则，造型，间距在1m以上，多为
22、密闭型节理，岩体被切割成巨块状。对基础工程无影响，在不含水且无其他不良因素时，对岩体稳定性影响不大节理较发育节理23组，呈X型，较为规则，以构造型为主，多数间距大于0.4m，多为密闭型节理，少有填充物。岩体被切割成大块状。对基础工程影响不大，对其他工程可能产生相当的影响节理发育节理3组以上，不规则，以构造型或风化型为主，多数节理间距小于0.4m，多数为张开节理，部分有填充物。岩体被切割成小块状。对工程建（构）筑物可能产生很大的影响节理很发育节理3组以上，杂乱，以风化型和构造型为主 ，多数间距小于0.2m，以张开裂隙为主，一般均有填充物。岩体被切割成碎块状。对工程建（构）筑物产生严重影响注：节理
23、宽度：小于1mm的为密闭节理；13mm的为微张节理；35mm的为张开节理；大于5mm的为宽张节理。2.断层岩体受力作用断裂后，两侧岩块沿断裂面发生了显著位移的断裂构造，称为断层。断层发育十分广泛，并且断层的规模相差很大，大的断层延伸数百公里甚至上干公里，小的断层则仅有几厘米，甚至在手标本上就能见到。断层的要素断层的基本组成部分称之为断层要素，主要有断层面（破碎带）、断层线、断盘及断距等。断层的基本类型按断层两盘相对位移的方式，可把断层分为正断层、逆断层和平移断层三种基本的类型。断层的组合类型1)阶梯状断层。阶梯状断层是由若干条产状大致相同的正断层平行排列组合面成，在剖面上各个断层的上盘呈阶梯状
24、相继向同一方向依次下滑。 阶梯状断层2)地堑与地垒。地垒或者地堑是由走向大致平行、倾向相反、性质相同的两条或两条以上断层组合而成的，如果两个或两组断层之间岩块相对下降，两边岩块相对上升为地堑，反之中间上升两侧下降则称为地垒。3)叠瓦状构造。叠瓦状构造指一系列产状大致相同呈平行排列的逆断层的组合形式，各断层的上盘岩块依次上冲，在剖面上呈屋顶瓦片样依次重叠。（4）断层的野外识别标志。断层的存在，在许多情况下对工程建设是不利的。为了采取措施，防止断层对工程建筑物的不良影响，必须识别断层的存在。这些标志有：1)构造线和地质体的不连续；2)地层的重复与缺失。3)断层面(带)的构造特征擦痕、阶步；构造岩；
25、牵引现象；（5）断层的工程地质评价断层的存在，从总体上说，破坏了岩体的完整性，断层面或破碎带的抗剪强度远低于岩体其它部位的抗剪强度。对工程建筑产生影响如下：首先断层的存在降低了地基岩体的强度及稳定性。其次断裂构造带不仅岩体破碎，而且断层上、下盘的岩性也可能不同，如果在此处进行建筑工程，有可能产生不均匀沉降。针对道路建设工程来说，由于断层的存在，致使岩层岩体裂隙增多，岩石破碎，风化严重，地下水发育，从而降低岩石强度和稳定性，因此，在道路工程建设中，如确定路线布局，选择桥位和隧道位置时，要尽量的避开大的断层破碎带。在进行大桥桥位勘测时，要注意查明桥基部分有无断层存在，及其影响程度，以便在设计基础工
26、程时采取相应的处理措施。第三章 岩石及其工程地质性质地壳是由岩石组成的，自然界中各种各样的岩石按成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。而组成地壳的岩石都是在一定地质条件下由一种或几种矿物自然组合而成的矿物集合体。各种类型的岩石其矿物成分、结构、构造都不一样，其工程性质也就存在着很大差别。因此，掌握组成岩石的矿物特征、各类岩石的特征，对于了解岩石的工程地质性质有重要意义。3.1岩石的物质组成3.1.1矿物的概念矿物是组成岩石的基本物质，要认识岩石，就必须先认识矿物。矿物是指地壳中天然产生的具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物。地壳和地球内部有近百种元素，除少数以自然元素形式存在外，如金
27、刚石（C）、硫磺（S）等，绝大多数以两种或多种元素组成化合物的形式存在。3.1.2矿物的鉴定特征根据其外部形态和主要物理性质即可鉴定矿物。常用的矿物鉴定标志有以下几方面：1.矿物的形态矿物的形态是指矿物的外形特征，一般包括矿物单体及同种矿物集合体的形态。1）固态矿物按其质点的有无规则排列分为结晶质和非结晶质2）矿物的结晶习性。在相同条件下生长的同种晶粒，总是趋向于形成某种特定的晶形的特性叫做结晶习性。2.矿物的物理力学性质不同的矿物具有不同的化学成分和内部构造，因此，它们具有各不相同的物理力学性质。矿物的物理力学性质主要有颜色、条痕、透明度、光泽、硬度、解理及断口等。它们是鉴别矿物的主要特征。
28、（1）颜色。颜色是矿物对不同波长可见光吸收程度不同的反映。它是矿物最明显、最直观的物理性质，是肉眼鉴定矿物的重要依据。按成色原因分为自色、他色、假色。（2）条痕色。条痕色是指矿物粉末的颜色，通常使用白色无釉瓷板摩擦时留下的痕迹，它可消除假色的干扰，是一种鉴别不透明矿物的主要标志。（3）透明度。透明度是指矿物透过可见光波的能力，即光线透过矿物的程度，据透光程度或矿物透明度的不同，一般可分成透明、半透明、不透明三类。（4）光泽。矿物新鲜表面反射光线的能力称为光泽。它是用来鉴定矿物的重要标志之一。按其强弱程度可分为金属光泽（如黄铁矿）、半金属光泽（如磁铁矿）和非金属光泽。非金属光泽又会反映出以下不同
29、特征的光泽：1）玻璃光泽。矿物表面与玻璃的反光相似，如长石、方解石解理面上呈现的光泽。2）油脂光泽。矿物表面好像涂了一层油脂一样，如石英断口上呈现的光泽。3）珍珠光泽。矿物表面像贝壳内珍珠层所呈现的光泽一样，如云母。4）丝绢光泽。矿物表面犹如丝绢反光，如石膏。5）土状光泽。矿物表面粗糙，无光泽，暗淡如土，如高岭石（5）硬度。矿物抵抗外力磨擦和刻划的能力称硬度。它是通过一种矿物与已知硬度的另一种矿物或物体互相刻划得出的。目前一般用摩氏硬度计来决定矿物的相对硬度。矿 物 硬 度 表硬度12345678910矿物滑石石膏方解石萤石磷灰石长石石英黄玉刚玉金刚石为了便于利用硬度这一鉴定标志，我们常用指甲
30、（22.5）、铅笔刀（55.5）、玻璃（5.56）鉴别矿物的硬度。（6）解理与断口。矿物受敲击后，能沿一定的方向裂开成光滑平面的性质称解理。裂开的光滑平面称为解理面。依照解理形成的难易和解理面的光滑程度，将矿物解理分为五级：1)极完全解理。矿物受敲击时，极易裂成薄片，解理面非常光滑，如云母、绿泥石等。2）完全解理。矿物受敲击时，裂成块状或板状，解理面平滑闪光，如方解石、岩盐等。3）中等解理。矿物被敲碎后，在其碎块上既有平滑的解理面，又可在另外方向上出现不规则的断裂面，如长石，角闪石等。4）不完全解理。矿物被敲碎后，很难发现解理面，其解理面须在碎块中仔细寻找，如磷灰石、橄榄石等。5）极不完全解理
31、。这类矿物实际上不存在解理性质，所以被击碎的颗粒无解理，如磁铁矿、刚玉等。如矿物受敲击后，不按一定方向裂开，而形成凹凸不平的断开面称为断口。矿物解理的完全程度和断口是相互消长的，解理完全时则不显断口，解理不完全时，则断口显著。常见的断口有贝壳状断口、锯齿状断口、土状断口等。（7）其他性质 1）磁性。矿物能被磁铁吸引的性质。如磁铁矿等具有磁性。 2）电性。电性包括导电性与荷电性。导电性指矿物对电流有传导能力，如金属、黄铁矿、方铅矿、石墨等是电的良导体；云母、石棉是电的不良导体，可用作绝缘材料。3）放射性。含铀（U）、钍（Th）、镭（Ra）等放射性元素矿物，因蜕变放出、射线的性质。4）发光性。矿物
32、在外加能量如紫外光和X射线等照射下，能发射可见光的性质称为发光性，如萤石在暗处发磷光，石钨矿在紫外光照射下发出荧光。等等。3.1.3矿物的肉眼鉴定鉴定时，先观察矿物的颜色，确定它是浅色的，还是深色的；然后鉴定矿物的硬度，在颜色相同的矿物中，硬度相同或相近的只有23种。通过看颜色、定硬度，可逐步缩小被鉴定矿物的范围。最后，根据矿物的解理、断口及其它特征，确定出矿物的名称。3.2岩石的地质成因自然界有各种各样的岩石，按成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类，它们的特征和形成作用具有明显差异，但三类岩石间也有密切联系，可以相互转换、相互过渡。三大类岩石在岩石圈中的分布情况是：在地壳表面16km深度范
33、围内，岩浆岩、变质岩占总体积的95%，沉积岩占5%；而沉积岩的地表分布面积占陆地面积的75%.3.2.1岩浆岩岩浆岩是由地壳深处的岩浆在地壳发生变动或受到其它内动力地质作用时，沿地壳构造薄弱带上升侵入地壳或喷出地面冷却凝固后形成的岩石。1.岩浆岩的物质成分及分类岩浆岩的物质成分包括化学成分和矿物成分，研究物质成分不仅有助于了解各类岩浆岩的内在联系、成因及次生变化，而且可以作为岩浆岩分类的主要依据。(1) 岩浆岩的物质成分1）岩浆岩的化学成分。地壳中存在的元素在岩浆岩中几乎都有2)岩浆岩的矿物成分。组成岩浆岩的矿物大约有30多种，按颜色和化学成分的特点，它可分为浅色矿物和深色矿物两类：浅色矿物。
34、浅色矿物有石英、正长石、白云母等。它们富含硅、铝成分，如SiO2 及Al2O3等，所以又称为含铝的硅酸盐矿物或硅铝矿物。深色矿物。深色矿物有黑云母、辉石、角闪石、橄榄石等。它们富含铁、镁成分，如FeO及MgO等，所以又称为富含铁、镁的硅酸盐矿物。(2)岩浆岩的分类1）岩浆岩按其生成环境分类可分为侵入岩和喷出岩2）根据岩浆岩的化学成分（主要是SiO2的含量）及由化学成分所决定的岩石中矿物的种类与含量关系，将岩浆岩分为四类：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%。2.岩浆岩的产状岩浆岩生成的空间位置和形状、大小以
35、及与周围岩石相接触的关系称岩浆岩的产状。(1)侵入岩的产状：1）岩基和岩株；2)岩脉、岩床、岩盘。(3) 喷出岩的产状。火山喷发方式和喷出物性质决定了喷出岩的产状。1）中心式喷发产状-火山锥；2）裂隙式喷发产状-熔岩被。3.岩浆岩的结构岩浆岩的结构是指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、晶体形状、自形程度以及矿物之间（包括玻璃）的相互组合关系。岩浆岩的结构分类如下：（1）全晶质结构。岩石全部由结晶质矿物组成。同一种矿物的结晶颗粒大小近似者，称为等粒结构。等粒结构按结晶颗粒绝对大小，可以分为：粗粒结构，颗粒粒径5mm。中粒结构，颗粒粒径25mm。细粒结构，颗粒粒径0.22mm。微粒结构，颗粒粒径0.
36、2mm。岩石中的同一种主要矿物其结晶颗粒如大小悬殊，则称为似斑状结构。其中晶形比较完好的粗大颗粒称为斑晶，小的结晶颗粒称为石基。（2）半晶质结构。（3）非晶质结构。4.岩浆岩的构造岩浆岩的构造是指岩石中矿物在岩石中的组合方式和空间分布情况所反映出来的宏观特征。岩浆岩的构造特征主要决定于岩浆冷凝时的环境。常见岩浆岩构造有：（1）块状构造；（2）流纹状构造；（3）气孔状构造；（4）杏仁状构造。5.岩浆岩的肉眼鉴别方法根据岩石的外观特征对岩浆岩进行鉴定时，首先要注意岩石的颜色，其次是岩石的结构和构造，最后分析岩石的主要矿物成分。常见的岩浆岩有：酸性的花岗岩、花岗斑岩、流纹岩，中性的闪长岩、闪长玢岩、
37、安山岩，基性的辉长岩、辉绿玢岩、玄武岩，超基性的辉岩、橄榄岩和火山玻璃岩类等。3.2.2沉积岩沉积岩是在地壳表层常温常压条件下，先前存在的岩石（岩浆岩、变质岩和早已形成的沉积岩）经搬运、沉积和成岩等一系列地质作用而形成的层状岩石。1.沉积岩的形成沉积岩的形成是一个长期而复杂的地质作用过程。(1)风化阶段；(2)搬运阶段；(3)沉积阶段；(4)固结成岩阶段。2.沉积岩的物质组成组成沉积岩的物质来自陆地上已生成的各类岩石，它们称为沉积岩的母岩（或源岩）。除以上母岩外，火山喷发物、生物物质、水体中的化学沉淀物等也是沉积岩的组成部分。包括：（1）碎屑矿物；（2）粘土矿物；（3）化学沉积矿物（4）有机质
38、及生物残骸。3.沉积岩的分类沉积岩分为碎屑岩、粘土岩、生物化学岩、化学沉积岩等类型。碎屑岩的胶结类型是指胶结物、基质与碎屑颗粒之间的接触关系，常见的有基底胶结、接触胶结和孔隙胶结三种。4.沉积岩的结构和构造(1)沉积岩的结构。沉积岩的结构是指组成岩石的物质颗粒大小、形状及其组合关系，它是沉积岩分类命名的重要依据。按组成物质、颗粒大小及形状等方面的特点，一般分为碎屑结构、泥质结构、化学结构和生物结构四种。1）碎屑结构。碎屑物质被胶结物胶结形成的结构，一般按碎屑颗粒的大小划分为三种：砾状结构。砾状结构的碎屑粒径2mm。砂质结构。砂质结构的碎屑粒径0.052mm，它又可分为粗粒结构（粗粒结构的碎屑粒
39、径0.52mm，如粗粒砂岩）、中粒结构（中粒结构的碎屑粒径0.250.5mm,如中粒砂岩）和细粒结构（细粒结构的碎屑粒径0.050.25mm，如细粒砂岩）。粉砂状结构。粉砂质结构的碎屑粒径0.0050.05mm，如粉砂岩。2）泥质结构（粘土结构）。它是由粒径0.005 mm的陆源碎屑和粘土矿物经过机械沉积而成，如泥岩、页岩。外观呈均匀致密的泥质状态，特点是手摸有滑感，用刀切呈平滑面，断口平坦。3）结晶结构。化学结构是由化学沉淀或胶体重结晶所形成的结构，如石灰岩、白云岩等。沉积岩的结晶结构与岩浆岩的结晶结构类似，但其成因和物质组成两者截然不同。沉积岩的结晶结构可分为晶质结构，由结晶颗粒直径大于0
40、.01mm矿物集合体组成；隐晶质结构，由颗粒直径在0.010.001 mm之间的微晶矿物集合体组成。4）生物结构。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。(2)沉积岩的构造。沉积岩的构造是指其物质组分的空间分布及其相互间的排列关系。沉积岩最主要的构造是层理构造、层面构造、生物构造。4.沉积岩的鉴别方法（1）沉积岩与岩浆岩的区别1）沉积岩的层理构造、层面特征和含有化石，是沉积岩在构造上区别于岩浆岩的重要特征。2）在沉积岩的组成物质中，粘土矿物、方解石、白云石、有机质等，是沉积岩所特有的，是物质组成上区别于岩浆岩的一个重要特征。（2）常见沉积岩的肉眼鉴定 。鉴定时，先观察岩
41、石的结构和构造，把松散沉积物（土）与固结的沉积岩区别开。3.2.3变质岩在地球发展演化的历史进程中，原已形成的岩石（岩浆岩、沉积岩以及先期形成的变质岩）由于变质作用形成的新岩石，称为变质岩。2.变质岩的矿物成分变质岩矿物成分取决于原岩化学成分和变质作用条件，一方面，相同变质条件下不同化学类型岩石会出现不同的变质矿物组合。另一方面，同一化学类型原岩在不同的变质条件下也会出现不同的矿物组合。变质岩的矿物成分可分为两大类：一部份是与岩浆岩或沉积岩所共有的矿物，主要有石英、长石、云母、角闪石、辉石、方解石、白云石等，它们大多都是原岩残留下来的，可称为继承矿物；另一部份是在变质作用中产生的变质岩所特有的
42、矿物，主要有石墨、滑石、蛇纹石、石榴子石、绿泥石、绢云母、硅灰石、兰晶石、红柱石等，称为变质矿物。3.变质岩的结构和构造(1)变质岩的结构。变质岩的结构是指构成岩石的各矿物颗粒的大小、形状以及它们之间的相互关系。与岩浆岩、沉积岩相比，变质岩的结构构造更为复杂。变质岩几乎都是结晶结构，但按变质程度不同，变质岩的结构分为如下：1）变余结构；2）变晶结构：按变晶矿物颗粒的相对大小可分为等粒变晶结构、不等粒变晶结构及斑状变晶结构；等粒变晶结构。岩石中所有矿物晶粒大小近似相等，如石英岩、大理岩具此种结构。不等粒变晶结构。岩石中所有矿物晶粒大小不相等。斑状变晶结构。岩石中矿物晶粒大小不等，大颗粒为细小颗粒
43、所包围，片岩、片麻岩常具这种结构。组成变斑晶的矿物均为结晶能力强的矿物，如石榴子石、电气石等。按变晶矿物颗粒的绝对大小可分为粗粒变晶结构（主要矿物颗粒直径3mm）、中粒变晶结构（13mm）、细粒变晶结构（0.11mm）、微粒变晶结构（0.1mm。按变晶矿物颗粒的形状可分为粒状变晶结构、鳞片状变晶结构及纤维状变晶结构等。3）变形结构；4）交代结构。(2)变质岩的构造。变质岩的构造是指岩石中各种矿物的空间分布特点和排列状态。原岩变质后仍残留有原岩的部分构造特征的叫变余构造；通过变质作用所形成的新的构造叫变成构造。1）片理构造片理构造表现为一系列近平行排列的面，顺着平行排列的面，可以把岩石劈成一片一
44、片小型的构造型态，叫做片理。片理可以弯曲、扭折和褶皱，根据形态的不同，片理构造又可分为以下几种：板状构造。岩石具有平行、较密集而平坦的破裂面称之为劈理面，沿此面岩石易于破裂成厚度均一的板状体。千枚状构造片状构造片麻状构造眼球状构造条带状构造2）块状构造3）斑点构造4.变质岩的鉴别方法鉴别变质岩时，可以先从观察岩石的构造开始。根据构造，首先将变质岩区分为片理构造和块状构造的两类。然后可进一步根据片理特征和主要矿物成分，分析所属的亚类，确定岩石的名称。3.3.1岩石的物理性质岩石的物理性质指标有比重、密度（或重度）、孔隙率、吸水率、硬度、电阻率、比热、以及热传导系数和声波特性参数等等。其中最为常用
45、的物理性质指标有岩石的比重，岩石的密度、岩石的孔隙率和吸水率等。1.岩石的相对密度（比重）岩石的相对密度（比重）是指在4 时岩石的质量与同体积的纯水的质量之比，为一无量纲量。其常见范围为2.62.9。2.岩石的质量密度岩石的质量密度是指单位体积的岩石质量，单位为g/cm3，其常见范围为2.12.7。岩石孔隙中完全没有水存在时的质量密度，称为干密度。岩石中孔隙全部被水充满时的质量密度，称为饱和密度。3.岩石的孔隙率（）岩石的孔隙率是指岩样中的孔隙体积与岩样总体积之百分比。岩石的孔隙率愈大，其力学性质愈差。4.岩石的吸水率 吸水率是指在自然条件下，岩样中所含有的水分质量与干岩样的质量百分比5.岩石
46、的饱水率 岩石的饱水率是指在高压水或抽真空或煮沸条件下岩样吸水饱和后，吸入的水质量与干岩样质量之百分比6岩石的饱水系数岩石的饱水系数是其吸水率与饱水率之比3.3.2岩石的水理性质岩石的水理性质主要指岩石的软化性、透水性、溶解性和抗冻性等，是岩石与水作用时的性质。1.岩石的软化性岩石软化性的指标是软化系数，岩石的软化系数也称饱水软化因数，它是指饱水状态下的岩样极限单轴抗压强度与干燥状态下的岩样的极限单轴抗压强度之比。2.岩石的透水性。岩石允许水通过的能力称为岩石的透水性。一般用渗透系数(k)来表示。3.岩石的溶解性。岩石溶解于水的性质称为岩石的溶解性，常用溶解度来表示。4.岩石的抗冻性。当岩石孔隙中的水结冰时，其体积膨胀会产生巨大的压力而使岩石的强度和稳定性破坏。岩石抵抗这种冰冻作用的能力称为岩石的抗冻性。3.3.3岩石的力学性质岩石力学性质是指岩石在各种静、动力作用下所表现的性质，它包括岩石的强度、变形性质还有岩石的流变性等。1.岩石的强度岩石受力作用破坏主要有压碎、拉断和剪断等形式，因此，岩石强度可分为抗压强度、抗拉强度、抗剪强度2.岩石的变形性岩石的变形性是指岩石在外力作用下的应变性能。程实践中最常用的变