第一節地球的構造地球內圈：1地殼(crust)：由固體巖石構成,一般厚15-20km，平均厚度16km。分硅鋁層(花崗巖層)和硅鎂層(玄武巖層)。大陸地殼平均厚度30-35km，大洋地殼厚度較薄，平均僅5-8km，一般缺乏硅鋁層，硅鎂層直接出露于洋底。莫霍面是1909年南斯拉夫學者莫霍洛維奇發現的。古登堡面是美國學者B.古登堡1914年發現的。2地幔(mantle)：上地幔60-250km，是熔融狀態物質,一般認為可能就是巖漿的發源地；下地幔650-2900km，下地幔主要是由鐵鎂氧化物和硫化物組成。地殼運動主要起因于地幔物質的對流。地核(core)：由比重較大的鐵鎳合金組成，平均密度大于10g/cm3。外核2900-4170km，是液態的,5155km至地心為內核，為鐵鎳金屬氧化物和硫化物。4170-5155km為過渡帶。3地球外圈：4大氣圈(atmosphere)：是地球以外的空間,它提供生物需要的CO2和O2,對地貌形態變化起著極大的影響。水圈(hydrosphere)：由大氣圈的水蒸氣凝結成降雨形成海洋和湖泊沼澤及地下水。水與地表巖石相互作用，作為最活躍的地質營力促進各種地質現象的發育。生物圈(biosphere)：滲透在水圈、大氣圈下層和地殼表層的范圍之中，對于改變地球的形態起著重要的作用。5一、礦物的概念地殼由巖石組成，巖石由礦物組成。礦物(mineral)：具有一定化學成分和物理性質的自然元素和無機化合物。常見的幾種礦物石英方解石云母第二節造巖礦物6黃鐵礦瑪瑙石膏7石英晶簇89

自然界中已發現的礦物有2500多種。但組成常見巖石的礦物僅數十種，這些組成常見巖石的礦物稱為造巖礦物。其占地殼重量約為99%。造巖礦物以硅酸鹽為主。

10二、礦物的特征

晶形(crystalform)圖2-2礦物晶形(a)石鹽；(b)石膏；(c)普通輝石；(d)石英；(e)正長石；(f)云母

11物理性質顏色(color)：礦物新鮮表面的顏色。是礦物對不同波長可見光吸收程度不同的反映，分自色、他色、假色。光澤(luster)：礦物表面（晶面或解理）反射光線的強弱強度，取決于其折光率。分為金屬光澤(黃鐵礦）、半金屬光澤（褐鐵礦）、金剛光澤、玻璃光澤（長石、石英）。當反射面不平行時，礦物可形成某種獨特的光澤，油脂光澤、絲絹光澤、臘狀光澤（蛇紋石、石膏），珍珠光澤（滑石、石膏）、土狀光澤（高嶺土）。12物理性質透明度(transparency)：光線透過礦物的程度。分透明、半透明、不透明。條痕(streak)：礦物粉末的顏色。13力學性質硬度(hardness)：礦物新鮮面抵抗外力刻劃、研磨的能力，分為摩氏十級。

1-滑石，2-石膏，3-方解石，4-螢石，5-磷灰石，6-長石，7-石英，8-黃玉，9-剛玉10-金剛石。（指甲為2～2.5，鐵刀3～3.5，鋼刀6～6.5)解理(cleavage)：礦物受敲擊后，嚴格按一定方向裂開成光滑平面的性質。①極完全解理，云母，②完全解理，方解石，③中等解理，灰石，④不完全解理，磷灰石。斷口(fracture)：與解理相反沒有光滑平面，破裂面呈凹凸不平的斷面，如貝殼、參差狀。14其他性質石墨導電，石棉絕緣，螢石發光，毒砂有嗅味，自然硫可燃燒。15礦物名稱及化學成分形狀物理性質相對密度主要鑒別特征顏色光澤硬度解理、斷口正長石K[AlSi3O8]短柱狀、板狀、粒狀肉紅色、淺玫瑰色、淺黃色、帶淺黃的灰白色玻璃光澤6兩向完全解理，近于正交2.57形態、顏色斜長石Na[AlSi3O8]，Ca[Al2Si2O8]板條狀、長條狀白色或灰白色玻璃光澤6兩向完全解理，斜交2.60~2.76顏色、形態石英SiO2粒狀、塊狀、六棱柱狀、雙錐狀無色、乳白色。煙灰色玻璃光澤、斷口為油脂光澤7無解理、貝殼狀斷口2.65形狀、硬度、斷口白云母KAl2[AlSi3O10][OH]2板狀、片狀、鱗片狀無色、淺灰、淺黃色、灰白色玻璃或珍珠光澤2~3一組極完全解理2.7~3.1解理、薄片有彈性黑云母K(Mg，Fe)3[AlSi3O10][OH]2片狀、板狀、鱗片狀深褐、黑綠至黑色玻璃或珍珠光澤2.5~3一組極完全解理3.02~3.13解理、顏色、薄片有彈性角閃石(Ca，Na)2~3(Mg，Fe，Al)5[Si3(SI，Al)O11]2[OH]2長柱狀、纖維狀綠黑色、黑色玻璃光澤5.5~6兩組完全解理，交角近56o3.02~3.45形狀、顏色輝石Ca(Mg，Fe，Al)[(SI，Al)2O6]粒狀、塊狀深黑色、褐黑、棕黑玻璃光澤5~6兩組完全解理，交角87o3.23~3.52形狀、顏色橄欖石(Fe，Mg)2[SiO4]粒狀橄欖綠、淡黃綠色至黑綠色玻璃光澤、斷口為油脂光澤6.5~7無解理，貝殼狀斷口3.27~4.37顏色、硬度、形態石榴子石(Fe，Mg，Ca)3(Fe，Al)2[SiO4]3菱形十二面體、二十四面體、粒狀棕、棕紅或黑紅色玻璃光澤6.5~7.5無解理、不規則斷口3.5~4.2形狀、顏色、硬度綠泥石(Fe，Mg)5Al[AlSi3O10][OH]8片狀、粒狀淺綠、深綠或黑綠色玻璃光澤、珍珠光澤2~2.5一組極完全解理2.68~3.40顏色、薄片有撓性無彈性蛇紋石Mg6[Si4O10][OH]8致密塊狀、片狀、纖維狀淡黃綠色、淡綠、淡黃色油脂光澤、蠟狀光澤、絲絹光澤2~3無解理、貝殼狀斷口2.6~2.9顏色、光澤方解石CaCO3菱面體、塊狀、粒狀白、灰白，含雜質時呈其它顏色玻璃光澤3三組完全解理，斜交呈菱面體2.6~2.9顏色、硬度，遇鹽酸起泡白云石CaMg[CO3]2

菱面體、塊狀、粒狀灰白、淡紅、淡黃色玻璃光澤3.5~4三組完全解理，斜交呈菱面體2.8~2.9解理、硬度石膏CaSO4·2H2O板狀、片狀、纖維狀無色、白色、灰白色珍珠光澤、絲絹光澤2一組完全解理2.3解理、硬度，顏色高嶺石Al4[Si4O10][OH]8鱗片狀、細粒狀、土狀集合體白、灰白或其它色土狀光澤2.0~3.5一組完全解理2.60~2.63性軟、粘舌、具可塑性滑石Mg3[Si4O10][OH]2片狀、塊狀白、淡黃、淡綠或淺灰色蠟狀或珍珠光澤1一組極完全解理2.58~2.83顏色、硬度、觸摸有滑膩感黃鐵礦FeS2立方體、致密塊狀淺黃銅色金屬光澤6~6.5不規則斷口4.9~5.2顏色、硬度、光澤赤鐵礦Fe2O3板狀、粒狀、鮞狀、腎狀、豆狀鋼灰至鐵黑色金屬光澤至半金屬光澤5~6無解理5.0~5.3形狀、顏色、光澤16常見造巖礦物的肉眼鑒定

抓住主要特征綜合考慮顏色、晶形、光澤、解理、硬度考慮礦物生成條件及共生礦物工具：小鋼刀、放大鏡、稀鹽酸等。17晶形顏色光澤硬度解理鹽酸反應定名甲礦物規則白玻璃光澤

3三組完全解理起泡——乙礦物規則白玻璃光澤

7

無無——課堂練習18巖石(rock)：一種或多種礦物組成的自然集合體。按成因分為三大類：巖漿巖、沉積巖和變質巖。

巖漿巖(magmaticrock)

巖漿巖又叫火成巖，在地殼上分布面積約占7％，但其質量占地殼總質量的95%。在三大類巖石中占有比較重要的地位。第三節巖漿巖19巖漿巖(magmaticrock)

成因類型：

由地下深處的高溫高壓熔融的巖漿以侵入(intru-

sive)或噴出(effusive)方式直接冷凝而成。20巖漿巖的產狀21

火成巖的產狀示意圖①巖基（面積大于60-100km2）；②巖株（面積小于60-100km2）；③巖蓋，巖盆；④巖床；⑤巖墻；⑥火山頸；⑦巖脈；⑧巖被；⑨火山錐；⑩熔巖流；?破火山口22印尼火山噴發2010年8月火山噴出巖23花崗巖的礦物成分巖漿巖物質成分

主要是硅酸鹽礦物，還有一部分金屬硫化物、氧化物及揮發性物質。按SiO2含量分為：基性巖漿<52%和酸性巖漿>65%等;按礦物成分分為：硅鋁礦物和鐵鎂礦物。

24巖漿巖的結構(texture)指組成巖石的礦物結晶程度、晶粒大小、形狀及相互組合方式。可反映巖漿冷凝時的物理環境。按礦物結晶程度分為：全晶質——巖石全部由結晶礦物組成，是深成侵入巖結構特征。半晶質——由結晶和非結晶礦物組成，是淺成侵入巖結構特征。玻璃質（非晶質）——巖石幾乎全部由玻璃制組成，是噴出巖結構特征。按晶粒大小分為：顯晶質、隱晶質按晶粒相對大小分為：等粒、不等粒、斑狀和似斑狀結構25巖漿巖的構造(structure)指巖石中不同礦物集合體分布與排列特征。常見構造：

流紋狀構造氣孔和杏仁狀構造塊狀構造流紋巖26花崗閃長巖玄武巖27

表2-3巖漿巖分類簡表侵28公園里的花崗巖裝飾29第四節沉積巖(sedimentaryrock)沉積巖(sedimentaryrock)在地殼上分布面積約占75％，體積只占5%。對工程建筑具有實際意義。30搬運沉積硬結成巖物質組成：

巖石碎屑黏土礦物化學沉積礦物有機質及生物殘骸

成因：地表巖石破壞31沉積巖的結構

碎屑結構

泥質結構結晶結構生物結構32沉積巖的構造層理構造(stratification)（水平層理、波狀層理、斜層理等）層面構造(beddingplane)（雨痕、泥裂等）(a)(b)(c)(d)圖2-10沉積巖的層理類型(a)水平層理；(b)交錯層理；(c)單斜層理；(d)透鏡體及尖滅層33碎屑巖的膠結物：硅質——強度高鐵質——易氧化鈣質——易溶解泥質——易軟化膠結類型：基底式膠結(a)

孔隙式膠結(b)

接觸式膠結(c)

(a)(b)(c)圖2-11碎屑巖的膠結類型34沉積巖的分類碎屑巖黏土巖化學沉積巖（石灰巖、白云巖）生物化學巖（生物碎屑灰巖）35表2-4沉積巖分類簡表巖類結構主要礦物成分主要巖石松散的膠結的碎屑巖礫狀結構>2mm巖石碎屑或巖石塊角礫、碎石、塊石角礫巖卵石、礫石礫巖砂質結構2～0.05mm石英、長石、粘土礦物、碳酸鹽礦物砂土石英砂巖長石砂巖粉質結構<0.05～0.005mm石英、長石、粘土礦物、碳酸鹽礦物粉砂土粉砂巖粘土巖泥質結構<0.005mm粘土礦物為主，含少量石英、云母等粘土泥巖頁巖化學巖及生物化學巖化學結構及生物結構致密狀粒狀鮞狀方解石為主，白云石泥灰巖石灰巖白云石、方解石白云質灰巖白云巖結核狀鮞狀塊狀纖維狀致密狀石英、蛋白石、硅膠硅藻土燧石巖硅藻巖鉀、鈉、鎂的硫酸鹽及氧化物石膏巖鹽、鉀鹽碳、碳氫化合物，有機質泥炭煤、油頁巖36砂頁巖硅質灰巖37變質巖(metamorphicrock)

在地殼上分布面積約占18％。第五節變質巖(metamorphicrock)38成因：巖石受地殼運動及巖漿入侵的高溫高壓作用和化學成分的加入，使原來巖石的成分、結構和構造發生一系列變化而形成。變質作用類型：

接觸變質作用：這是指發生在侵入巖與圍巖之間的接觸帶上，并主要由溫度和揮發物所引起的變質作用。形成大理巖、矽卡巖。動力變質作用：這是指在地殼構造變質時產生的強烈定向壓力使巖石發生的變質作用，也叫碎裂變質作用。39變質作用類型：區域變質作用：這是在廣大范圍內發生，并由溫度、壓力以及化學活動性流體等多種因素引起的變質作用。變質作用方式以重結晶、重組合為主。如片麻巖。

混合巖化作用：這是指原有的區域變質巖體與巖漿狀的流體互相交代而形成新巖石（混合巖）的作用。

圖2-12接觸變質帶示意圖40

物質組成：原有礦物：石英、長石、云母、角閃石和方解石等變質礦物：綠泥石、滑石、藍晶石、剛玉和石榴子石等

結構：變余結構：由于變質重結晶進行得不完全，原有巖石的礦物成分和結構特征被部分地保留下來，這樣形成的結構稱為變余結構。

變晶結構：巖石在固態條件下由重結晶和變質結晶作用形成的結構。

壓碎結構：巖石在低溫受定向壓力作用下，形成碎塊甚至粉末狀后又被膠結在一起的結構。41構造：

變余構造：巖石經變質后仍保留有原巖部分的構造特征，這種構造稱為變余構造。變成構造：由變質作用所形成的新的構造稱為變成構造。板狀構造：巖石中有輕微重結晶。千枚狀構造：巖石中有基本重結晶。片狀構造：巖石中各組分全部重結晶。片麻狀構造：巖石具顯晶質變晶結構，以粒狀礦物為主，片狀或柱狀礦物定向排列。塊狀構造：礦物均勻分布，結構均一，無定向排列。42表2-5變質巖分類表變質作用構造、結構巖石名稱主要礦物成分原巖區域變質片麻狀構造片麻巖石英、長石、云母、角閃石等中、酸性巖漿巖、砂巖、粉砂巖、粘土巖片狀構造片巖云母、滑石、綠泥石、石英等粘土巖、砂巖、泥灰巖、巖漿巖、凝灰巖千枚狀構造千枚巖絹云母、石英、綠泥石等粘土巖、粉砂巖、凝灰巖板狀構造板巖粘土礦物、絹云母、綠泥石、石英等粘土巖、粘土質粉砂巖接觸變質塊狀構造變晶結構石英巖石英為主，有時含絹云母等砂巖、硅質巖大理巖方解石、白云石石灰巖、白云巖動力變質碎裂結構碎裂巖原巖巖塊各類巖石糜棱結構糜棱巖原巖碎屑各類巖石43花崗片麻巖大理巖44

三大類巖石的肉眼鑒別巖漿巖的鑒別方法先看顏色,再看結構和構造,然后看礦物成分。沉積巖的鑒別方法

先看結構,再看成分。變質巖的鑒別方法

先看構造,再看成分。45三大類巖石特征對比表4647巖石循環轉化示意圖48第六節巖石的工程地質性質一.巖石工程地質性質的常用指標物理性質(physicalproperties)

重度（γ）(unitweight)：巖石單位體積的重力（kN/m3）。

式中：W----巖石的重量（KN）

V----巖石的體積（包含空隙體積）（m3）

有干重度、濕重度和飽和重度之分。密度(ρ)(bulkdensity):巖石單位體積的質量(g/cm3)

49第六節巖石的工程地質性質比重(相對密度)(G)(specificgravity)：固體巖石的質量與同體積水在4oC時質量的比值。式中：Ws——巖石固體部分的質量（g）;Vs——巖石固體部分（不包括孔隙）的體積（cm3）;

γw——單位體積水（4°）的質量（g/cm3)空隙率(n)(porosity)：巖石空隙的體積與巖石總體積的比值,以百分數表示，即式中：Vn——巖石中孔隙的體積（cm3）V——巖石總體積（cm3）50吸水率（ω1）(absorptiveratio)：常壓條件下，巖石吸入水的質量(Ww1)與干燥巖石質量（Ws）之比，用百分數表示。巖石水理性質飽水率（ω2）(saturationratio)：高壓或真空條件下，巖石吸入水分的質量與干燥巖石質量之比，用百分數表示。51巖石水理性質飽水系數（ks）(saturationcoefficient)：巖石的吸水率（ω1）與飽水率（ω2）的比值。其值越大，巖石的抗凍性越差,一般巖石的飽水系數在0.5～0.8。52透水性(permeability)：指巖石允許水透過的能力。巖石的透水性用滲透參數（k）來表示。滲透系數表示水力坡降為１時，水在巖石中的滲透速度，其單位用m/d或cm/s表示。溶解性(dissolubility)：指巖石溶解于水的性質。常用溶解度或溶解速度來表示。軟化性：指巖石在水的作用下強度降低的性質。軟化系數(Kd)(softeningcoefficient)為巖石在飽水狀態下的極限抗壓強度（RW）與風干狀態下強度（Rd）之比。<0.75是強軟化的巖石，工程性質較差。53抗凍性(frostresistance)：指巖石抵抗冰劈作用的能力。可用強度損失率和重量損失率表示巖石的抗凍性能。強度損失率（Rt）指飽和巖石在一定負溫度（-25℃）條件下，凍融10-25次（視工程具體要求而定，有的要求凍融100-200次或更高），凍融前后的抗壓強度之差與凍融前抗壓強度的比值，以百分數表示。抗壓強度降低率<(20％～25％)的巖石是抗凍的。崩解性(disintegration)：指黏土質巖石吸水膨脹的性質。54

力學性質強度指標：抗壓強度(compressivestrength)：巖石單向受壓時抵抗破壞的能力。即抗拉