第1章巖石及其工程地質性質,概述（地球的圈層結構）1.1造巖礦物,a=b=6378.140c=6356.755,參考書目：地球科學導論劉本培蔡運龍主編高等教育出版社2002年,概述地球是太陽系的一顆普通行星。地球在已知宇宙中不過是渺小的“滄海一粟”。但地球是宇宙中目前已知適合人類居住的唯一家園，是一顆與人類生存命運相關的最不平凡的星球。地球的赤道半徑=6378.1km地球的兩極半徑=6356.7km地球的平均半徑=6371km地球的表面積5.1億km2，其中海洋占71%，陸地占29%。海底和地表形態高低起伏，陸地有高山、丘陵、平原和盆地。海底有海溝和海底山等。,太陽系八大行星,四大圈層,外部圈層包括巖石圈、大氣圈、水圈、生物圈。巖石圈指地球表層由固體巖石組成的圈層；大氣圈指環繞地球的由氣體組成的圈層；水圈指地球表層由各種形式存在的水組成的圈層；生物圈指地球表層所有活著的有機體組成的圈層。,巖石圈包括全部地殼（陸殼和洋殼）和上地幔頂部的橄欖巖層（莫霍面以下，軟流圈以上），它是一個力學性質基本一致的剛性整體。,巖石圈、大氣圈、水圈和生物圈的相互聯系,地球的圈層結構,地球內部圈層的形成，一般認為是由于地球內部加熱、原始物質分異和分層作用共同產生的結果。依據圈層的特點可分為：地殼地幔地核,地球內部圈層,陸殼及上地幔,地球內部圈層圖,地震波在地球內部的傳播,地球各圈層的組成及密度,地殼明顯地存在上下兩層：上硅鋁層，也稱為花崗質層，只存在于大陸；下硅鎂層，也稱為玄武質層，分布于全球。,大陸地殼大洋地殼,地殼的結構特征,大陸地殼大洋地殼厚度大薄雙層單層O,Si,Al,KO,Si,Mg,Fe年代老新,2.1主要造巖礦物,造巖礦物：固體，無機元素或元素化合物,巖石：巖漿巖、沉積巖和變質巖,巖石圈,礦物的概念和用途,礦物的概念礦物：在一定的地質條件下形成，具有一定的化學成分和物理性質，并在一定的物理化學條件下穩定存在的單質或化合物叫礦物。礦物是組成巖石和礦石的基本單位。礦物的用途寶石鉆石（金剛石），紅藍寶石（剛玉），水晶（石英）觀賞石各種礦物晶體、礦物集合體提煉金屬黃銅礦，磁鐵礦，閃鋅礦，方鉛礦等等。研磨材料剛玉，金剛石，黃玉，石榴子石，石英等。光學材料冰洲石，云母，螢石，石英等。化工原料黃鐵礦，石鹽，雄黃，雌黃，磷灰石，石膏等。耐火材料鋁土礦，紅柱石，矽線石，滑石，蛇紋石，菱鎂礦等保溫、絕緣材料石棉，蛭石等陶瓷原料高嶺石，硅灰石，正長石，斜長石等。其它用途藥用，農用，造紙，顏料，添加劑，冶金熔劑等。,翡翠,硬玉（緬甸玉）,價值數千萬,硬玉是鈉和鋁的硅酸鹽，歸入輝石礦物；而軟玉則是鈣和鎂的硅酸鹽，屬閃石礦物。,造巖礦物,1.礦物形態2.礦物的光學性質3.礦物的力學性質4.常見造巖礦物,礦物,存在于地殼中的具有一定化學成分和物理性質的自然元素和化合物，稱為礦物。,礦物常從與巖漿巖伴生的熱液中結晶生成。,地殼中的常見元素,礦物的形態,a.晶體b.單體形態c.集合體形態,造巖礦物絕大部分是結晶質。組成礦物的元素質點在礦物內部按一定的規律排列，形成穩定的結晶格子構造生成具有一定幾何外形的晶體。,石墨,金剛石,結晶習性雖然每種礦物都有它自己的結晶形態，但由于晶體內部構造不同，結晶環境和形成條件不同，以致晶體在空間三個相互垂直方向上發育的程度也不相同。在相同條件下形成的同種晶體經常所具有的形態，稱為結晶習性。大體可以分為三種類型：,3)三向等長-粒狀石榴子石晶體,2)二向延展-板狀黑云母晶體,1)一向延長-柱狀石英晶體,晶形,在一定條件下（如晶體生長較快，生長能力較強，生長順序較早，或有允許晶體生長的空間晶洞、裂縫等），礦物可以形成良好的晶體。晶體形態多種多樣，但基本可分成兩類：一類是由同形等大的晶面組成的晶體，稱為單形，一類是由兩種以上的單形組成的晶體，稱為聚形。,裂開的方解石菱形晶體,集合體,紫晶洞晶簇,250萬，成龍,結核狀,腎狀,鐘乳狀,樹枝狀,鮞狀赤鐵礦,放射狀,花瓣狀,針狀,雙晶,212礦物的物理性質,礦物的物理性質，決定于礦物的化學成分和內部構造。礦物的物理性質，是鑒別礦物的重要依據。肉眼鑒別礦物所依據物理性質主要有：,1.顏色2.光澤3.透明度4.條痕5.硬度6.解理、斷口7.比重,礦物的物理性質,礦物的物理性質1.顏色,礦物的顏色，是礦物對可見光波的吸收作用產生的。按成色原因分為：,自色,他色,假色,自色是礦物固有的顏色，顏色比較固定。一般來說，含鐵、錳多的礦物，如黑云母、普通角閃石、普通輝石等，顏色較深，多呈灰綠、褐綠、黑綠以至黑色；含硅、鋁、鈣等成分多的礦物，如石英、長石、方解石等，顏色較淺，多呈白、灰白、淡紅、淡黃等各種淺色。,角閃石,黑云母,長石,他色是礦物混入了某些雜質所引起的，與礦物的本身性質無關。如純凈的石英晶體是無色透明的，混入雜質就呈紫色、玫瑰色、煙色。由于他色不固定，對鑒定礦物沒有很大意義。,假色是由于礦物內部的裂隙或表面的氧化薄膜對光的折射、散射所引起的。如方解石解理面上常出現的虹彩；斑銅礦表面常出現斑駁的藍色和紫色。,礦物的物理性質2光澤礦物表面呈現的光亮程度，稱為光澤。礦物的光澤是礦物表面的反射率的表現，按其強弱程度，分金屬光澤、半金屬光澤和非金屬光澤。,礦物的光澤,注意：礦物肉眼鑒定時，根據礦物新鮮平滑的晶面、解理面或磨光面上反光能力的強弱，同時配合礦物的條痕和透明度進行光澤等級的判定。金剛光澤、玻璃光澤（半金屬光澤）統稱為非金屬光澤。,金剛光澤（辰砂）,金屬光澤（金）,半金屬光澤（針鐵礦）,玻璃光澤（水鎂石）,金屬光澤（黃鐵礦）,半金屬光澤（鉻鐵礦）,金剛光澤（金剛石）,玻璃光澤（水晶）,造巖礦物絕大部分屬于非金屬光澤。由于礦物表面的性質或礦物集合體的集合方式不同，又會反映出各種不同特征的光澤。,1.玻璃光澤反光如鏡，如長石、方解石解理面上呈現的光澤。,2.珍珠光澤光線在解理面間發生多次折射和內反射，在解理面上所呈現的像珍珠一樣的光澤，如云母等。,3.絲絹光澤纖維狀或細鱗片狀礦物，由于光的反射互相干擾，形成絲絹般的光澤，如纖維石膏和絹云母等。,4.油脂光澤礦物表面不平，致使光線散射，如石英斷口上呈現的光澤。,5.蠟狀光澤像石蠟表面呈現的光澤。如蛇紋石、滑石等致密塊體礦物表面的光澤。,6.土狀光澤礦物表面暗淡如土，如高嶺石等疏松細粒塊體礦物表面所呈現的光澤。,礦物的物理性質.礦物的透明度,礦物的物理性質.條痕,礦物的物理性質.硬度礦物抵抗外力刻劃、研磨的能力，稱為硬度。由于礦物的化學成分或內部構造不同，所以不同的礦物常具有不同的硬度。硬度是礦物的一個重要鑒定特征。鑒別礦物硬度的方法摩氏（德國F.Mohs）硬度計（相對硬度）。,摩氏硬度計（En),礦物的物理性質解理、斷口礦物受打擊后，能沿一定方向裂開成光滑平面的性質，稱為解理。裂開的光滑平面稱為解理面。不具方向性的不規則破裂面，稱為斷口。根據解理的完全程度，可將解理分為以下幾種：(1)極完全解理極易裂開成薄片，解理面較大而平整光滑，如云母、石膏等。(2)完全解理常沿解理方向開裂成平滑小塊或薄板，解理面相當光滑，如方解石。(3)中等解理解理面往往不能一劈到底，不很光滑，且不連續，常呈現階梯狀，如普通角閃石、普通輝石等。(4)不完全解理,解理程度很差，在大塊礦物上很難看到解理，只在細小碎塊上才可能看到不清晰的解理面，如磷灰石。（5）極不完全解理（無解理）如石英、磁鐵礦等。,根據解理出現方向的數目，有一個方向的解理，如云母等；有兩個方向的解理，如長石等；有三個方向的解理，如方解石等。,二組解理,一向解理,三向解理,二向解理,多向解理,方解石的菱面體解理,礦物解理的完全程度和斷口是互相消長的。如不具解理的石英，則只呈現貝殼狀的斷口。,斷口,參差狀斷口（黃鐵礦等）,鋸齒狀斷口（自然銀）,土狀斷口（高嶺石）,燧石的貝殼狀斷口,燧石為玉髓的隱晶結構,暗色的燧石,燧石是古人類制作石器的主要材料,礦物的物理性質7.比重,比重：礦物重量與4時同體積水的重量之比，稱為礦物的比重。輕礦物13.5：石英、長石等造巖礦物；重礦物3.66：赤鐵礦、閃鋅礦等金屬化合物；極重礦物6：金、方鉛礦等重金屬礦物。,礦物的其它性質,磁性：礦物可被磁鐵吸引或本身能吸引鐵屑等物體的性質。一些含鐵、鈷、鎳等礦物有磁性，如磁鐵礦。,電性導電性：導體（金屬礦物）、絕緣體（非金屬礦物）、半導體；壓電性：某些礦物晶體具有機械能和電能互相轉換的能力，如壓電石英。,發光性：礦物在外來能量（如紫外線、X射線、加熱等）的激發作用下而發出可見光的性質。分熒光（力消則滅）和磷光兩種。如螢石、鉆石等等。,礦物分類表,（造巖）礦物類型,1自然元素2硫化物3氧化物和氫氧化物4鹵化物5含氧鹽碳酸鹽、硫酸鹽、硅酸鹽,造巖礦物表,各種測試方法的主要研究內容,硅酸鹽礦物,幾種非硅酸鹽礦物,礦物的鑒定主要是運用礦物的形態以及礦物的物理性質等特征來鑒定的。對礦物的物理性質進行測定時，應找礦物的新鮮面，風化面不能反映真實情況。在自然界中也有許多礦物，它們之間在形態、顏色、光澤等方面有相同之處，但一種礦物確具有它自己的特點，鑒別時利用這個特點，即可較正確地鑒別礦物。,常見的主要造巖礦物及其物理性質，見教材。,黃鐵礦,化學成分為FeS2，含硫量達53.45，工業上稱硫鐵礦，是提取硫磺和制造硫酸的主要礦物原料。黃鐵礦含鐵量雖達46.55,但遠低于磁鐵礦和赤鐵礦,而且因含硫高，冶煉時不易處理,影響產品性能，故一般不用作煉鐵的原料。黃鐵礦呈淺黃銅色,金屬光澤,粉末則呈綠黑色。摩斯硬度66.5，比重5.0。黃鐵礦是地殼中分布最廣的一種硫化物礦物,經常呈立方體、塊狀集合體。,磁鐵礦,化學成份為Fe3O4或FeOFe2O3，晶體常為小八面體，有時為菱形十二面體，通常呈粒狀或塊狀集合體。鐵黑色，條痕黑色，金屬或半金屬光澤，不透明。硬度5.56。解理不清楚，性脆。比重4.95.2。具有強磁性。,赤鐵礦,化學成份為Fe2O3包括兩類：一類為鏡鐵礦，晶體多為板狀、葉片狀、鱗片狀及塊狀集合體。鋼灰色至鐵黑色，條痕