首页 百科知识 岩浆岩的分类及常见岩浆岩

岩浆岩的分类及常见岩浆岩

时间:2021-01-28 百科知识 版权反馈
【摘要】:它们在一定的地质和物理化学条件下稳定,是构成岩石的基本单位。其中岩石的结构是指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、形状及颗粒间的相互关系;岩石的构造是指岩石中矿物集合体之间或矿物集合体与岩石的其他组成部分之间的排列方式及充填方式。另外,岩石根据其不同成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。目前,地壳中已发现的矿物有3000多种。矿物的单晶体形态可分为两种,一种是由单一形状的晶面所组成的晶体,称为单形。
岩浆岩的分类及常见岩浆岩_工程地质

矿物是在各种地质作用中所形成的天然单质或化合物。具有一定的化学成分和内部结构,从而有一定的形态、物理性质和化学性质。它们在一定的地质和物理化学条件下稳定,是构成岩石的基本单位。也就是说,矿物的集合体即为岩石。但由于地质作用的性质和所处环境不同,不同岩石的矿物组合关系也不同,从而使岩石具有一定的结构和构造。其中岩石的结构是指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、形状及颗粒间的相互关系;岩石的构造是指岩石中矿物集合体之间或矿物集合体与岩石的其他组成部分之间的排列方式及充填方式。另外,岩石根据其不同成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。这三类岩石之间相互联系、相互演变,加之在成因上还逐渐过渡,难以区分,因此构成了地壳复杂的物质基础。

目前,地壳中已发现的矿物有3000多种。除个别以气态(如碳酸气、硫化氢气等)或液态(如水、自然汞等)出现外,绝大多数均呈固态。固态物质按其质点(原子、离子、分子)的有无规则排列,可分为晶质体和非晶质体。在晶质体中,习惯上还根据肉眼能否分辨晶粒而分为显晶质和隐晶质两类。大多数矿物是晶质的,但非晶质矿物,特别是其中的胶体矿物,也有一定的数量。

矿物的形态是指矿物的单体及同种矿物集合体的外貌特征。在自然界,矿物多数呈集合体出现,但是也出现具有规则几何多面体形态的单晶体,所以矿物单体形态就是指矿物单晶体的形态。

矿物的单晶体形态可分为两种,一种是由单一形状的晶面所组成的晶体,称为单形。如黄铁矿立方体晶形,就是由6个同样的正方形晶面所组成的(图1-1(a));磁铁矿的八面体晶形,则是由8个同样的等边三角形晶面所组成的。另一种是由数种单形聚合而成的晶体,称为聚形。如石英的晶体通常是由六方双锥和六方柱这两种单形聚合而成的(图1-1(b))。

图1-1 单形和聚形

应该指出的是,我们这里所说的晶体形态是理想晶体形态。所谓理想晶体,它的内部结构应严格地服从空间格子规律,外形应为规则的几何多面体,面平、棱直,同一单形的晶面同形等大。但是,实际上晶体在生长过程中,真正理想的晶体生长条件是不存在的,总会不同程度地受到复杂的外界条件的影响,而不能严格地按照理想发育。此外,晶体在形成之后,还可能受到溶蚀和破坏。因此,实际晶体与理想晶体相比较,就会有一定的差异。

还应注意的是,同一种矿物因其形成时物理化学条件的不同,可以出现几种不同的晶形。例如磁铁矿的晶体除有八面体的单形外,还有菱形十二面体的单形以及八面体和菱形十二面体的聚形。而不同的矿物又可以有相似的晶形,如岩盐、萤石、黄铁矿等都可以呈现立方体的晶形。这在鉴定矿物时是必须注意的。

在自然界中,晶质矿物很少以单体出现,而非晶质矿物则根本没有规则的单体形态,所以常按集合体的形态来识别矿物。矿物集合体形态往往反映了矿物的生成环境。常见矿物集合体形态有:

(1) 晶簇

一种或多种矿物的晶体,其一端固定在共同的基底之上,另一端则自由发育成比较完好的晶形,显示它是在岩石的空洞内生成的,这种集合体的形态,称为晶簇。如水晶簇、方解石晶簇等。

(2) 粒状

是由大小相近,不按一定规律排列的矿物晶粒聚合在一起形成的粒状集合体。按粒度大小可分为粗粒状、中粒状和细粒状3种。

(3) 纤维状

是由许多针状或柱状的同种单体矿物平行排列而成。如石棉、纤维石膏等。

(4) 钟乳状

是钙质溶液或胶体因水分蒸发,从同一基地向外逐层生长而成的圆锥形或圆柱形矿物集合体。如由洞顶向下生长而形成下垂的石钟乳;由下向上逐渐生长的石笋;石钟乳和石笋相互连接时,就形成了石柱。

(5) 鲕状

胶体物质围绕着某质点凝聚而成一个结核,一个个细小的结核聚合成集合体,形似鱼卵。如鲕状赤铁矿。

(6) 土状

集合体疏松如土,是由岩石或矿石风化而成。如高岭石

(7) 块状

矿物细小紧密集合在一起,无一定排列形式。如蛋白石、块状石英。

矿物的物理性质由矿物的化学成分和晶体构造所决定,主要包括颜色、条痕、光泽、透明度、硬度、解理、断口、密度和相对密度等。

1) 颜色

矿物的颜色主要取决于矿物的化学成分和内部结构,是矿物对可见光波的吸收作用所致。根据矿物颜色产生的原因,可将颜色分为自色、他色和假色。

(1) 自色

自色取决于矿物的内部性质,是矿物本身所固有的颜色。如黄铁矿呈现铜黄色,方解石为白色。自色比较固定,因而具有鉴定意义。

(2) 他色

他色是矿物混入了某些杂质所引起的,与矿物的本身性质无关。他色不固定,随杂质的不同而异。如石英是无色透明的,常因有色的杂质混入而呈现紫色、玫瑰色、烟灰色等。

(3) 假色

假色是由于矿物内部的裂隙或表面的氧化薄膜对光的折射、散射所引起的。如方解石解理面上常出现的虹彩。

2) 条痕

矿物粉末的颜色称为条痕,是指矿物在白色无釉瓷板上擦划时所留下的粉末痕迹。条痕可清除假色显示自色。例如赤铁矿有红色、钢灰色、铁黑色等多种颜色,而条痕总是樱红色。

3) 光泽

矿物表面反射光线的能力,称为光泽。根据矿物光泽的强弱分为以下3种:

(1) 金属光泽

反射性很强,类似于金属磨光面上的反射光,闪耀夺目。如方铅矿、黄铁矿、黄铜矿等。

(2) 半金属光泽

类似于一般金属光泽,但较为暗淡。如磁铁矿、铬铁矿等。

(3) 非金属光泽

按其反光强弱可细分为金刚光泽,如金刚石、闪锌矿;玻璃光泽,如水晶、萤石;油脂光泽,如石英断口上的光泽;丝绢光泽,如石棉、石膏;珍珠光泽,如白云母;蜡状光泽,如蛇纹石;土状光泽,如高岭石。

4) 透明度

矿物透过可见光的能力,称为透明度。透明度取决于矿物的化学性质与晶体构造,还明显和厚度及其他因素有关。因此,有些看来是不透明的矿物,当其磨成薄片时(0.03mm),却是透明的。据此,透明度可分为以下3级:

(1) 透明

绝大部分光线可以透过矿物,因而隔着矿物的薄片可以清楚地看到对面的物体。如无色水晶、冰洲石(透明的方解石)等。

(2) 半透明

光线可以部分透过矿物,因而隔着矿物薄片可以模糊地看到对面的物体,如闪锌矿、辰砂等。

(3) 不透明

光线几乎不能透过矿物,如黄铁矿、磁铁矿、石墨等。

5) 硬度

矿物抵抗外力刻划、压入、研磨的能力,称为硬度。一般采用两种矿物对刻的方法来确定矿物的相对硬度,并以“摩氏硬度计”中所列举的10种矿物作为对比的标准,见表1-1。例如某矿物能被石英所刻动,但不能被长石所刻动,则矿物的硬度必介于6°~7°之间,可以确定为6.5°。但必须指出,摩氏硬度只是相对等级,并不是硬度的绝对数值,所以不能认为金刚石比滑石硬10倍。

表1-1 摩氏硬度计

在野外现场,为了方便起见,常用指甲(2°~2.5°)、小刀(5°~5.5°)来粗略地测定矿物的硬度。

6) 解理

晶质矿物受打击后常沿一定方向裂开,这种特性称为解理。裂开的光滑平面称为解理面。矿物之所以产生解理,是由于内部质点规则排列的结果。

根据矿物解理面的完全程度,可将解理分为极完全解理、完全解理、中等解理、不完全解理。

(1) 极完全解理:解理面非常平滑光亮,极易裂开成薄片,如云母。

(2) 完全解理:解理面平滑,矿物易分裂成薄板状或小块,如方解石。

(3) 中等解理:解理面不甚平滑,如角闪石

(4) 不完全解理:解理面很难出现,如磷灰石。

7) 断口

矿物受打击后,沿任意方向发生不规则的断裂,其凹凸不平的断裂称为断口。断口和解理是互为消长的,解理越完善,则断口越难出现。断口可分为贝壳状断口(如石英)、参差状断口(如黄铁矿)和锯齿状断口(如自然铜)。

8) 密度和相对密度

矿物的密度是指矿物单位体积的质量,度量单位通常为g/cm3。矿物的相对密度则是矿物在空气中的重量与4℃时同体积水的重量比,与密度在数值上是相同的,但它更易于测定。通常情况下,大比重矿物手感很沉,如方铅矿、重晶石、黑钨矿等。

矿物的物理性质还表现在其他很多方面,例如磁性、压电性、发光性、弹性、挠性、脆性、延展性等。

在目前发现的3000多种矿物中,主要有20多种构成岩石的主要成分,且明显影响岩石性质,对鉴定岩石类型起重要作用,这些矿物被称为造岩矿物。常见的造岩矿物及其鉴定特征见表1-2。

表1-2 常见的造岩矿物及其鉴定特征、成因产状及用途

续表1-2

续表1-2

由岩浆冷凝固结后形成的岩石称为岩浆岩(或火成岩),占地壳总质量的95%。在三大岩类中,岩浆岩占有重要的地位。

岩浆岩的成分不同于岩浆,主要是含挥发成分的量极少或无。岩浆可以在不同的地质环境下冷凝固结成岩,通常将其分为侵入岩和喷出岩两大类。侵入岩是指岩浆在地下不同深度冷凝固结的岩石,根据其形成深度的不同,可进一步分为深成岩和浅成岩。喷出岩是指岩浆及其他岩石、晶屑等沿火山通道喷出地表形成的岩石。它又可分为两类岩石:一类是由岩浆沿火山通道喷溢地表冷凝固结而成,称为熔岩;另一类是由火山爆发出来的各种岩石碎块、晶屑、岩浆团块等各种火山碎屑物质堆积而成,称为火山碎屑岩

1) 岩浆岩的矿物成分

组成岩浆岩的大多数矿物,根据其化学成分特征,常分为硅铝矿物和铁镁矿物。硅铝矿物中SiO2和Al2O3的含量较高,不含铁、镁,包括石英与长石类矿物,它们的颜色通常较浅,又叫浅色矿物;铁镁矿物中含FeO和MgO较多,SiO2和Al2O3较少,包括橄榄石类、辉石类、角闪石类及黑云母类,矿物颜色较深,又叫深色或暗色矿物。

根据造岩矿物的含量及在岩浆岩分类和命名中所起的作用,可把岩浆岩的矿物分为主要矿物、次要矿物和副矿物3类。

主要矿物:是岩石中含量较多的矿物,一般都在10%以上。它们对划分岩石大类不起作用,但可作为确定岩石种属的依据,如石英闪长岩中的石英。

次要矿物:是岩石中含量不多的矿物,一般都在10%以上。它们是划分岩石大类的依据,如花岗岩中的钾长石和石英,没有它们就不能定名为花岗岩。

副矿物:是岩石中含量很少的矿物,通常不到1%,偶尔可达5%。如磷灰石、磁铁矿等。

2) 岩浆岩的化学成分

地壳中存在的元素在岩浆中几乎都有,O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti在岩浆岩中普遍存在。岩浆岩中的化学成分常用氧化物表示,根据SiO2的含量,可以把岩浆岩分为4类:超基性岩(SiO2<45%)、基性岩(SiO2:45%~52%)、中性岩(SiO2:52%~65%)、酸性岩(SiO2>65%)。

岩浆岩中各种氧化物有一定的变化规律,当SiO2含量增高时,Na2O和K2O的含量增高,而MgO和CaO则相对减少;反之亦然。

岩浆岩的产状是指岩浆岩体的形态、大小、深度以及与围岩的关系。由于岩浆岩生成条件和所处的环境不同,其产状多种多样,主要产状见图1-2。

1) 岩基

岩基是一种规模巨大、形状不规则、下大上小的深成侵入岩体,其横截面积超过100km2,常常可达数百至数千平方千米。岩基通常切割围岩,但有时局部也与围岩平行。岩基一般由粗大的等粒全晶质花岗岩构成。

图1-2 岩浆岩的产状

2) 岩株

岩株是岩基边缘的分枝,在深部与岩基相连。岩株切穿围岩,其横截面积为几平方千米至几十平方千米,规模比岩基小得多。

3) 岩盘

岩盘和岩盆:岩浆顺裂隙上升,侵入岩层中,由压力将岩层沿层面撑开,岩浆在其中冷凝形成一个上凸下平的透镜状岩体,与围岩呈平整的接触关系。岩盆与岩盘一样,其不同点是顶部平整,而中央向下凹,形似面盆,故称岩盆。

4) 岩床

岩体顶、底都是平的,呈层状夹于沉积岩中,且与之呈整合接触关系。但上、下岩层皆受热力影响而发生变化,表示岩床系由岩浆侵入作用所造成。厚度为数米至数百米不等。

5) 岩墙

岩墙是指岩浆沿岩层中的裂隙侵入冷凝而形成的侵入体。它切穿围岩并与之成不谐和的接触关系。岩墙的规模大小不一,厚度从几厘米至数千米,延伸从几米到数十千米。形状不规则的岩墙或其分支,叫做岩脉。

6) 喷出岩的产状

常常由熔岩被或熔岩流形成层状及由火山碎屑物形成火山锥。

熔岩被是熔岩大量涌出地表时覆盖在广大地面上的岩体。熔岩流是熔岩大量涌出,自火山口向前流动的舌状岩体。

岩浆岩的结构和构造是岩浆岩生成时所处外界环境条件的反映,也是岩浆岩分类和命名的重要依据之一。

1) 岩浆岩的结构

岩浆岩的结构是指组成岩浆岩矿物的颗粒大小、结晶程度、形状及这些组分之间的相互关系。最常见的结构有:等粒结构、斑状结构和隐晶质结构。

(1) 等粒结构

岩石中的矿物全部为显晶质,呈粒状,且主要矿物颗粒大小近于相等。等粒结构是深成岩浆岩特有的结构,见图1-3。按矿物结晶颗粒细分为粗粒结构(晶粒直径>5mm)、中粒结构(晶粒直径为5~1mm)、细粒结构(晶粒直径<1mm)。

(2) 斑状结构

组成岩石的主要矿物结晶颗粒大小不等,相差悬殊。其中晶形完好、颗粒粗大的称斑晶,小的称基质。斑晶颗粒粗大,而基质为隐晶质或玻璃质,即斑晶和基质颗粒粗细反差很大,而形成明显的斑状结构。斑状结构是浅成岩或喷出岩的重要特征(见图1-4)。

图1-3 等粒结构图

图1-4 斑状结构图

    

(3) 隐晶质结构

矿物晶粒微小,在肉眼和放大镜下看不见,只有在显微镜下才能观察到。从外表看,岩石断面是粗糙的,它是在岩浆很快冷却的情况下形成的,常为喷出岩所具有。

2) 岩浆岩的构造

指岩石外表的整体特征,它是由矿物集合体的排列方式和充填方式决定的。常见的构造有:

(1) 块状构造

块状构造是指组成岩石的各种矿物无一定的排列方向,而是均匀分布于岩石之中,是侵入岩,特别是深成岩所具有的构造。

(2) 流纹状构造

流纹状构造是黏度大的岩浆在流动过程中,形成不同颜色的条纹或拉长的气孔,长条状矿物沿一定方向排列,所表现出来的熔岩流的流动构造。它是流纹岩所具有的典型构造。

(3) 气孔状构造

岩石中有很多大小不一、互不连通的圆形或椭圆形空洞。这是岩浆喷出地表后,冷凝速度较快,所含气体占有一定空间位置,气体逸出,便造成空洞(即气孔),形成气孔构造。

(4) 杏仁状构造

当喷出岩中的气孔被外来矿物所充填,便形成杏仁状构造。其充填矿物多为硅质、钙质充填。

1) 岩浆岩的分类

自然界的岩浆岩种类繁多,它们彼此间存在着物质成分、结构构造、产状及成因等方面的差异,同时又具有密切的联系和一定的过渡关系。一般是根据岩浆岩的化学成分、矿物成分、结构、构造和产状等对岩浆岩进行分类,见表1-3。

表1-3 岩浆岩的分类

2) 常见的岩浆岩及其特征

(1) 花岗岩

花岗岩一般为灰白色、灰色、肉红色。矿物成分以石英和钾长石为主,其次为黑云母、角闪石、白云母等。全晶质等粒结构,块状构造。花岗岩分布广泛,质地均匀、坚固,颜色美观,是良好的建筑装饰材料。

(2) 花岗斑岩

斑状结构,斑晶为钾长石和石英,基质由细小的长石、石英及其他矿物组成。其他特征与花岗岩相似。

(3) 流纹岩

一般呈浅灰色、粉红色,也有呈灰黑色、绿色或紫色者。矿物成分与花岗岩类同,往往具斑状结构,斑晶为石英和钾长石,以流纹状构造为其特征,但也有气孔状构造。

(4) 闪长岩

浅灰色、灰色及灰绿色。矿物成分以角闪石、斜长石为主,其次为辉石、黑云母,有时含少量正长石和石英。全晶质等粒结构,块状构造。闪长岩致密块状,强度高,具有较高的韧性和抗风化能力,是良好的建筑材料。

(5) 闪长玢岩

灰色、灰绿色。斑状结构,斑晶主要为斜长石或角闪石,基质呈细粒或致密状。

(6) 安山岩

灰色、紫色、浅玫瑰色、浅黄色、红褐色。浅色矿物为斜长石,暗色矿物有辉石、角闪石、黑云母等。斑状结构,斑晶为斜长石。杏仁状构造特别明显,气孔中常为方解石所充填。

(7) 正长岩

浅灰色、灰色或肉红色。与闪长岩不同的是,正长石大量出现,也含少量斜长石。暗色矿物有角闪石和黑云母。具等粒结构,有时具斑状结构、块状构造。其物理力学性质与花岗岩相似,但不如花岗岩坚硬,抗风化能力差。

(8) 正长斑岩

其特点与正长岩相似,区别在于具明显的斑状结构。

(9) 粗面岩

浅灰色、浅黄色或粉红色。矿物成分主要为碱性长石,其次为黑云母,此外尚有少量斜长石和角闪石。常具粗面结构(系长条状的碱性长石微晶近于平行的流状排列)及斑状结构,斑晶为碱性长石,基质为隐晶质。一般为块状构造,有时可见流纹构造及多孔状构造。

(10) 辉长岩

灰色、灰黑色或暗绿色。主要矿物有辉石、斜长石,次要矿物有角闪石、橄榄石。全晶质等粒结构,块状构造。辉长岩强度高,抗风化能力较强。

(11) 辉绿岩

灰绿色、深灰色。矿物成分与辉长岩相似,具有特殊的辉绿结构(辉石充填在斜长石晶体格架的空隙中)。常含有方解石、绿泥石等次生矿物。

(12) 玄武岩

深灰色、灰黑色或黑色。矿物成分同辉长岩。隐晶结构,气孔或杏仁状构造。原生柱状节理特别发育。玄武岩因其岩浆黏度小,易于流动,通常以大面积的熔岩流产出。岩石致密坚硬、性脆,强度很高。

(13) 橄榄岩

暗绿色或黑色粒状岩石。主要矿物为橄榄石,其次为辉石或角闪石,不含长石和石英。岩石中若辉石数量特别多时则过渡为辉岩。辉岩往往形成粗大晶体,橄榄石则很小,散嵌在辉石晶体内,颜色多呈绿褐色。

由沉积物经过压固、脱水、胶结及重结晶作用变成的坚硬岩石,称为沉积岩。沉积岩占地壳总量的5%,但就地表分布而言,面积占75%。因此,沉积岩在地壳表层呈层状广泛分布,是区别于其他类型岩石的重要标志之一。

组成沉积岩的矿物有两类:一类是原来岩石经过风化、剥蚀、搬运来的矿物,主要有石英、正长石和白云母;另一类是在沉积作用中形成的新矿物,主要有方解石、白云石、岩盐、石膏、高岭石、菱铁矿、褐铁矿等。如果将沉积岩与岩浆岩中的矿物成分相比较,则可看出两者有显著的区别。如橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等在岩浆岩中大量存在的矿物,在沉积岩中极为罕见。而在岩浆岩中很少有的矿物,如黏土矿物、岩盐、石膏及碳酸盐矿物等,在沉积岩中却占有显著的地位。

此外,在沉积物颗粒之间还有胶结物(就是把松散沉积物联结起来的物质)。胶结物对于沉积岩的颜色、坚硬程度有很大影响。按其成分可以分为以下几种:

(1) 泥质胶结物

胶结物为泥土或黏土,多呈黄褐色,其胶结成的岩石硬度小,易碎,易湿软,断面呈土状。

(2) 钙质胶结物

胶结物成分为钙质,所胶结的岩石硬度比泥质胶结的岩石大,具可溶性,呈灰白色。

(3) 硅质胶结物

胶结物成分为二氧化硅,所胶结的岩石强度高,呈灰色。

(4) 铁质胶结物

胶结物成分为氢氧化铁或三氧化二铁,所胶结的岩石硬度仅次于硅质胶结,常呈黄褐色或砖红色。

1) 沉积岩的结构

沉积岩的结构是由其组成物质的形态、性质、颗粒大小及所含数量决定的。常见的沉积岩结构有4种:

(1) 碎屑结构

由碎屑物质被胶结而形成,是碎屑沉积岩所特有的结构。按碎屑粒径的大小又分为:

① 砾状结构:碎屑粒径>2mm,磨圆度较好而无棱角。若磨圆度较差,棱角明显,则称为角砾状结构。

② 砂状结构:碎屑粒径为0.05~2mm,其中,0.5~2mm的为粗砂结构,0.25~0.5mm的为中粒结构,0.05~0.25mm的为细粒结构;碎屑粒径0.005~0.05mm的为粉砂质结构。

(2) 泥状结构

由粒径<0.005mm的黏土矿物颗粒组成。为泥岩、页岩等黏土岩所具有的结构。

(3) 结晶结构

为化学岩所具有的结构。是物质从真溶液或胶体溶液中沉淀时的结晶作用以及非晶质、隐晶质的重结晶作用和交代作用所产生的。如石灰岩、白云岩是由许多细小的方解石、白云石晶体集合而成的。

(4) 生物结构

由生物遗体或碎片所组成,如生物贝壳结构、珊瑚结构等。

2) 沉积岩的构造

沉积岩的构造是指其组成部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。

层理构造是由于季节性的气候变化及先后沉积下来的物质颗粒的大小、形状、成分及颜色发生变化而显示出来的成层现象。根据层理的成因和形态,层理可分为水平层理、波状层理、斜层理和交错层理。根据层理的形态可以推断沉积物的沉积环境和介质搬运特征。

1) 沉积岩的分类

根据沉积岩的成因、物质成分及结构构造等,可将沉积岩分为3类:碎屑岩类、黏土岩类、化学及生物化学岩类,见表1-4。

表1-4 沉积岩分类简表

2) 常见的沉积岩

(1) 火山角砾岩

火山碎屑物质占90%以上,碎屑直径一般为2~10mm,多数为大小不等的熔岩角砾,亦有少数其他岩石的角砾。火山角砾多呈棱角状,分选性差,常为火山灰所胶结。颜色多种,常呈暗灰、蓝灰、褐灰、绿及紫色等。这类岩石多具孔隙并以此为其特征。

(2) 凝灰岩

组成岩石的碎屑一般小于2mm,外表颇似砂岩或粉砂岩,但比砂岩表面粗糙。其成分多属火山玻璃、矿物晶屑和岩屑,此外,尚有一些沉积物质。火山碎屑物亦成棱角状。岩石颜色多呈灰色、灰白色,亦有黄色和黑红色等。凝灰岩是很好的建筑材料,有时也可用作水泥原料。

(3) 砾岩

经过较长距离的搬运或受到海浪反复冲击的破碎的岩块,形成圆形或椭圆形的砾石(或称卵石)后,再经胶结的岩石称为砾岩。具砾状结构、层状构造,但层理一般都不发育。若这类岩石中砾石未被磨圆而具明显棱角者,则称为角砾岩。

(4) 砂岩

砂岩是指由各种成分的砂粒被胶结而成的岩石,具砂状结构,层状构造,层理明显。按砂粒的矿物成分可分为石英砂岩、长石砂岩和长石石英砂岩等;按砂粒粒径大小可分为粗砂岩、中粒砂岩和细砂岩;根据胶结物的成分,可分为硅质砂岩、铁质砂岩、钙质砂岩和泥质砂岩等。

(5) 黏土岩

一般呈较松散的土状岩石。主要矿物成分为高岭石、蒙脱石及水云母,并含有少量极细小的石英、长石、云母、碳酸盐矿物等。黏土颗粒含量占50%以上,具有典型的泥质结构,质地均一,有细腻感,可塑性和吸水性很强,岩石吸水后易膨胀。颜色多呈黑色、褐红、绿色等,但也有呈浅灰色、灰白色和白色。

(6) 页岩

由松散黏土经硬结成岩作用而成。页岩是黏土岩的一种构造变种,具有能沿层理面分裂成薄片或页片的性质,常可见显微层理,称为页理,页岩因此得名。页岩成分复杂,除各种黏土矿物外,尚有少量石英、绢云母、绿泥石、长石等混入物。依混入物成分不同,又可分为钙质页岩、硅质页岩、铁质页岩、碳质页岩和油页岩等。除硅质页岩强度稍高外,其余页岩岩性软弱,强度低,易风化,与水作用易于软化。

(7) 泥岩

泥岩的成分与页岩相似,但层理不发育,呈块状构造。

(8) 石灰岩

石灰岩由结晶细小的方解石组成,常有少量白云石、熟土、菱铁矿及石膏等混入物。纯石灰岩为灰色、浅灰色,当含有杂质时为浅黄色、浅红色、灰黑色及黑色等。以加冷稀盐酸强烈起泡为其显著特征。石灰岩分布相当广泛,岩性均一,易于开采加工,是用途很广泛的建筑石料,同时又是水泥工业的重要原料。

(9) 白云岩

白云岩主要由细小的白云石组成,含有少量方解石、石膏、菱镁矿及黏土等。其外表特征与石灰岩极为相似,但加冷稀盐酸不起泡或起泡微弱,具有粗糙断面,且风化表面多出现格状溶沟。白云岩的强度比石灰岩高,是一种良好的建筑材料。

(10) 硅质岩

硅质岩主要由蛋白石、石髓和石英组成,SiO2含量在70%~90%,尚有少量的黏土、碳酸盐等。硅质岩包括燧石岩、碧玉铁质岩和硅藻土等,其中以燧石岩最为常见。燧石岩致密坚硬,常具隐晶质结构,带状构造。

变质岩是由组成地壳的岩石(岩浆岩、沉积岩和变质岩)因地壳运动和岩浆活动而在固态下发生矿物成分、结构构造的改变而形成的新的岩石。因此,它不仅具有自身独特的性质,而且还保留着原来岩石的某些特征。引起岩石变质作用的主要因素有温度、压力及化学活动性流体。

组成变质岩的矿物可分成两部分:一部分是与岩浆岩和沉积岩共有的矿物,主要有石英、长石、云母、角闪石、辉石、方解石、白云石等;另一部分是变质岩所特有的变质矿物,主要有石榴子石、红柱石、蓝晶石、硅灰石、透辉石、透闪石、矽线石、绿泥石、蛇纹石、绢云母、石墨、滑石等。变质矿物是鉴别变质岩的重要标志。

1) 变质岩的结构

变质岩几乎都具有结晶结构,但由变质作用的程度不同又可分为:

(1) 变余结构

在变质作用过程中,原岩的矿物成分和结构特征部分被保留下来,即构成变余结构。

(2) 变晶结构

变晶结构是变质岩最重要的结构,是原岩中各种矿物同时再结晶所形成的。如等粒变晶结构的石英岩、大理岩和斑状变晶结构的片岩、片麻岩。

(3) 压碎结构

压碎结构是由于动力变质作用,使岩石发生破碎而形成的,如碎裂岩等。

2) 变质岩的构造

变质岩的构造是识别各种变质岩的重要标志。

(1) 片理构造

片理构造不仅是识别各种变质岩,而且是区别于其他岩类的重要特征。片理构造的形成,是由于岩石中的片状、板状和柱状矿物(如云母、长石、角闪石等),在定向压力作用下重结晶,垂直压力方向呈平行排列而形成的。根据形态不同,片理构造又可分为以下几种:

① 片麻状构造

岩石中的深色矿物(黑云母、角闪石等)和浅色矿物(长石、石英等)相间呈条带状分布,构成一种黑白相间的断续条带状构造。具有这种构造的岩石沿片理面不易劈开,如片麻岩。

② 片状构造

由大量片状、针状或柱状矿物作平行排列而成。片理特别清楚,是片岩所具有的构造。

③ 千枚状构造

片理清晰,片理面上有许多细小的绢云母鳞片有规律地排列,呈明显的丝绢光泽,即称千枚状构造,是千枚岩所具有的构造。

④ 板状构造

泥质岩石受挤压后形成易劈成薄板的构造,劈开面上常有鳞片状绢云母分布,是板岩所具有的构造。

(2) 块状构造

矿物无定向排列,也不能定向裂开,其分布大致呈均一状,如大理岩、石英岩等。

1) 变质岩的分类

根据矿物成分、结构、构造和变质类型对变质岩进行分类,见表1-5。

表1-5 变质岩分类简表

2) 常见的变质岩

(1) 板岩

板岩是一种结构均匀、致密且具有板状劈理的岩石,它是由泥质岩类经受轻微变质而成。因而,其结晶程度很差,尚保留较多的泥质成分,具变余泥质结构,板状构造。板岩可沿板理面裂开成平整的石板,故广泛用于建筑石材。

(2) 千枚岩

岩石的变质程度比板岩深,原泥质一般不保留。主要矿物除绢云母外,尚有绿泥石、石英等。具明显的丝绢光泽和千枚状构造。一般为绿色、黄绿色、黄色、灰色、红色和黑色等。这类岩石大多由黏土类岩石变质而成,少数可由隐晶质的酸性岩浆岩变质而成。

(3) 片岩

片岩是以片状构造为其特征的岩石。组成这类岩石的矿物成分主要是一些片状矿物,如云母、绿泥石、滑石等,此外尚含有石榴子石、蓝晶石、十字石等变质矿物。片岩与千枚岩、片麻岩极为相似,但其变质程度较千枚岩深。

(4) 片麻岩

以片麻状构造为其特征。变质程度较深,矿物大都重结晶,且结晶粒度较大,肉眼可以辨识。主要矿物为石英和长石,其次为云母、角闪石、辉石等。

(5) 大理岩

较纯的石灰岩和白云岩在区域变质作用下,由于重结晶而变为大理岩,也有部分大理岩是在热力接触变质作用下产生的。具等粒变晶结构,块状构造。滴冷稀盐酸强烈起泡。大理岩色彩多异,广泛用作建筑石料和雕刻原料。

(6) 石英岩

石英岩是由较纯的石英砂岩经区域变质作用和接触变质作用而形成,具等粒变晶结构,块状构造,硬度和结晶程度均较砂岩高。

(7) 蛇纹岩

蛇纹岩多数是由超基性岩(橄榄岩)在热液作用下使其中的橄榄石、辉石变成蛇纹石而形成。质软,略具滑感,片理及碎裂构造常见。蛇纹岩常含有由蛇纹石纤维状变种(石棉)所组成的细脉。因此,蛇纹岩常是石棉矿床的找矿标志。

(8) 构造角砾岩

构造角砾岩是断层错动带中的岩石在动力变质中被挤碾成角砾状高度角砾岩化的产物。碎块大小不一,形状各异,其成分取决于岩石的成分。破碎的角砾和碎块已离开原来的位置杂乱堆积,带棱角的碎块互不相连,被胶结物所隔开。胶结物以次生的铁质、硅质为主,亦见有泥质及一些被磨细的本身岩石的物质。

(9) 碎裂岩

在压应力作用下,岩石沿扭裂面破碎,方向不一的碎裂纹切割岩石,碎块间基本没有相对位移,这样的岩石称碎裂岩。

(10) 糜棱岩

糜棱岩是粒度比较小的强烈压碎岩,在压碎过程中,由于矿物发生高度变形移动或定向排列而成,岩性坚硬,具明显的带状、眼球纹理构造。

岩石和土都是矿物的集合体,是自然界地质作用的产物,并在地质作用下相互转化。土在一定温度和压力下,经过压密、脱水、胶结及重结晶等成岩作用形成岩石;岩石经风化作用,又可变成土。岩石与土之间,既存在多方面的共性和密切联系,又有明显的不同。从其工程性质来看,大部分岩石的建筑条件比土体要优越得多,但也存在个别岩石与土很难区别,如黏土岩、泥灰岩等,表现出与土接近的工程性质。但总的来说,许多土体中出现的问题对岩石来说则显得十分微弱。

岩石是矿物的集合体,是相对完整的岩块。其工程地质性质包括岩石的物理性质、水理性质和力学性质。其中,物理性质是岩石的基本性质,主要包括岩石的密度、重度、相对密度、孔隙率及孔隙比;水理性质是指岩石与水作用所表现的性质,主要包括岩石的吸水性、透水性、溶解性、软化性、膨胀性、崩解性及抗冻性;力学性质是指岩石受到外力作用后,岩石的强度和变形特性。主要的变形指标有弹性模量、变形模量及泊松比;主要的强度指标包括岩石的抗压、抗拉及抗剪强度。然而,从工程角度出发,作为建筑环境的那部分工程体是由各种岩石块体与结构面自然组合而成的“结构体”,这就使得工程体的工程地质性质往往不在于岩石的强度如何,而在于岩体的工程地质特征。岩体的工程地质特征主要包括岩体的复杂性、岩体的强度特性及变形破坏特性。

1) 岩体的复杂性

岩体是复杂的地质体,主要表现在以下方面:

(1) 形成过程复杂。自然界中的矿物按照不同的成岩方式形成了地壳表层的岩石层,而岩石层在经历了多期构造运动及各种风化作用后,便形成了形态各异的复杂岩体。

(2) 岩体的组成复杂。组成岩体的岩石成因不同,矿物成分及结构构造不同,使得岩石具有不同的性质,而岩石风化状态的多样性又对原岩进行着由内到外的改造,形成了复杂的组分。

(3) 结构复杂。由于岩体存在大量各种成因的结构面,而结构面的空间分布、组合方式及填充情况等千变万化,使得岩体的结构形式复杂多样。

(4) 处于复杂的地质环境中。岩体中存在复杂的天然应力场、温度场和渗流场,使得岩体的赋存环境异常复杂。

2) 岩体的强度特性

岩体是岩块和结构面的组合体,这就使得岩体的强度既不同于岩块的强度,也不同于结构面的强度。但是由于结构面是岩体力学强度相对较弱的部位,它导致岩体力学性能的不连续性、不均一性和各向异性。因此,岩体的强度主要取决于结构面的强度。一般情况下,其强度介于岩块与结构面强度之间。

3) 岩体的变形破坏特性

岩体的变形包括岩块变形和结构变形。结构变形主要取决于结构面的闭合、充填物的压缩及结构面的张裂和剪切滑移。表现为两个特点:一是不同岩体结构的力学性质差别很大;二是岩体变形具有显著的各向异性,也就是说受结构面控制的岩体在岩体各个方向的变形有区别。岩体的破坏形式主要取决于结构面的组合形式。一般情况下,硬岩岩体主要为脆性破坏,软岩岩体主要为塑性破坏,硬岩岩体破坏强度大大高于软岩岩体。

事实上,在硬岩岩体中,结构面的力学强度大大低于岩块的力学强度,因此,硬岩岩体的变形破坏首先是沿结构面的变形破坏。而在软岩岩体中,因岩块的力学强度较低,有时与结构面相差无几,甚至低于结构面强度,所以,对于软岩岩体,其变形破坏往往取决于岩块的变形破坏。

土是地壳中的岩石经风化、剥蚀后形成的大小悬殊的颗粒,在原地残留或以不同的方式搬运,并在各种自然环境下堆积形成的产物。按形成土体的地质应力和沉积条件,可将土分成残积土、坡积土、洪积土、冲积土、风积土、湖积土、海洋沉积土和冰川沉积土等。

由于不同类型土的形成年代、作用和环境不同,形成后经历的变化过程也不同,因此,不同类型土的物质组成和结构特征也不一样,从而也使得土体具有不同的工程地质特性。土体的工程地质特性主要表现为土的力学特性、土的固结特性及特殊土的工程地质特性。

1) 土的塑性特性

土的塑性主要是土中黏土矿物与水溶液发生一些相互的物理化学作用而表现出的工程性质,因此,土的塑性可以是区别黏性土和砂性土的重要特征,也可作为黏性土的分类依据。已有研究表明:土的塑性主要取决于土中黏土矿物的含量及含水率的多少。因此,对于黏性土,黏土矿物含量越高,含水率变化范围越大,其塑性越强;反之,其塑性越弱,土体越坚硬。

2) 土的力学特性

土的力学特性是指土在外力作用下所表现的性质,主要包括土的压缩性和抗剪性,亦即土的强度和变形特性。土的力学特性是土的工程地质性质中最重要的组成部分。

(1) 土的压缩性

土在压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性。试验研究表明,在一般工程压力(100~600kPa)作用下,固体矿物颗粒和水的压缩量极其微小,一般不到土体总压缩量的1%,工程上可以忽略不计。因此,土体的压缩可以看作是土中孔隙体积的缩小,其实质是:在荷载作用下,土中的水和气体不断排出,土颗粒之间产生相对移动靠拢,土体孔隙逐渐减小所致。

(2) 土的抗剪强度

土的强度是指土体抵抗外力时保持自身不被破坏时所能承受的极限应力。对工程土体而言,土的强度也就是工程土体承受工程荷载的能力。在工程实践中,土的强度问题涉及地基、边坡和地下硐室的稳定性等问题,因而是土的力学特性中的关键问题。

大量的工程实践表明,土体在通常应力状态下的破坏多表现为剪切破坏。即土体在自重或外荷载作用下,其某个曲面上产生的剪应力值达到了土对剪切破坏的极限抗力(这个极限抗力称为土的抗剪强度),导致土体沿着滑裂面发生剪切破坏。因此,土体的强度问题实质是土的抗剪能力问题,即土的强度由抗剪强度决定。地基承载力、土坡稳定和挡土结构的土压力都与土的抗剪强度有直接的关系。

3) 土的固结特性

在荷载作用下,透水性大的饱和无黏性土,其压缩过程在短时间内就可完成。但黏性土的透水性很小,其中的水分只能慢慢排除,因此其压缩所需时间要比砂土长得多。这种土的压缩随时间而增长的过程称为土的固结。如饱和软黏性土,其固结变形往往需要几年甚至几十年的时间才能完成,因此必须考虑变形与时间的关系,以便控制施工加载速率,确定建筑物的使用安全措施。有时地基各点由于土质不同或荷载差异,还需考虑地基沉降过程中某一时间的沉降差异。所以,土的固结问题十分重要。

4) 特殊土的工程地质特性

(1) 黄土的工程性质

黄土是以粉粒为主,含碳酸盐,具大孔隙,质地均一,无明显层理而有显著垂直节理的黄色陆相沉积物。其颗粒成分中粉粒约占60%~70%,砂粉和粘粒各占1%~29%和8%~26%;黄土的密度为1.5~1.8g/cm3,干密度为1.3~1.6g/cm3,其中干密度反映了黄土的密实程度,且干密度小于1.5g/cm3的黄土具有湿陷性;黄土的天然含水率一般较低,且含水率与湿陷性有一定关系,含水率低,湿陷性强,含水量增加,湿陷性减弱,当含水量超过25%时就不再湿陷了;黄土多为中压缩性土,抗剪强度中等。此外,黄土地区常常有天然或人工洞穴,由于这些洞穴的存在和不断发展扩大,往往引起上覆建筑物突然塌陷,称为陷穴。

(2) 膨胀土的工程性质

膨胀土是一种富含亲水性的黏土矿物,并且随含水量增减,体积发生显著胀缩变形的高塑性黏土。其颗粒成分以粘粒为主,含量在35%~50%以上,粉粒次之,砂粒很少。粘粒的矿物成分多为蒙脱石和伊利石,这些黏土颗粒比表面积大,有较强的表面能,在水溶液中吸引极性水分子和水中离子,呈现强亲水性。天然状态下,膨胀土结构紧密,孔隙比小,干密度达1.6~1.8g/cm3,土体处于坚硬或硬塑状态,有时被误认为良好地基;膨胀土中裂隙发育,是不同于其他土的典型特征。同时,裂隙在水的淋滤作用下,裂面附近蒙脱石含量增高,呈白色,构成膨胀土中的软弱面,导致边坡失稳滑动;膨胀土在天然状态下抗剪强度和弹性模量比较高,但遇水后强度显著降低。另外,膨胀土具有超固结性。超固结性是指膨胀土在历史上曾受到过比现在的上覆自重压力更大的压力,因而孔隙比小,压缩性低,一旦被开挖外露,卸荷回弹,产生裂隙,遇水膨胀,强度降低,造成破坏。

(3) 软土的工程性质

软土是天然含水率大、压缩性高、承载力和抗剪强度很低的,呈软塑+流塑状态的黏性土。其颗粒分散性高,连结弱,孔隙比大,含水率高,孔隙比一般大于1,可高达5.8;软土的透水性很差;荷载作用下排水不畅,固结慢,压缩性高,在建筑物荷载作用下容易发生沉降及不均匀沉降,而且沉降完成的时间较长;软土的强度低,无侧限抗压强度在10~40kPa;软土具有触变性,即软土受到振动,颗粒连结破坏,土体强度降低,呈流动状态的特性。触变可导致地基土大面积失效,引发建筑物破坏;软土具有流变性,即在长期荷载作用下,变形可延续很长时间,最终引起破坏。

(4) 冻土的工程性质

冻土是指温度在零摄氏度或以下,含有固态水(即冰)的各类土。冻土处在冻结状态时,往往具有较高的强度和较低的压缩性或无压缩性。但当其融化时,强度则明显下降,压缩性急剧增高。如果将冻土作为建筑环境,尤其作为建筑物地基,则不利于建筑环境或地基稳定。

冻土可分为季节冻土和多年冻土。季节冻土是随季节变化周期性冻结融化的土,而多年冻土则是冻结状态持续3年以上的土。对于季节性冻土而言,其冻胀和融沉与土的颗粒成分和含水量有关。由于受季节性控制和周期性冻结、融化的特点,这类土的结构形式及对工程问题的影响有很大区别。对于多年冻土而言,其强度和变形主要反映在抗压强度、抗剪强度和压缩系数等方面。由于多年冻土常存在于地表以下一定深度,其上部近地表部分受季节性影响,冬冻夏融,为季节性融冻层,这就使得多年冻土的力学性质随温度和加载时间而变化的敏感性大大增加,表现出更加复杂的工程特性。

思考题

1. 简述矿物、岩石的定义,并阐明三大类岩石的主要成因。

2. 岩石和岩体有何区别?

3. 岩体有哪些工程地质特征?

4. 简述土的压缩性及固结性的定义、区别及联系。

5. 特殊土有哪些?其工程地质问题是什么?

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈