矿物与岩石鉴定教案

2 矿物与岩石鉴定

本章要点

本章主要介绍了矿物、岩石的基本概念和主要性质，认识了常见造岩矿物和常见的岩石，了解了常见岩石的鉴定方法；为岩、土工程性质的认识奠定了一定的基础。

学习目标

通过学习本章内容，能对常见造岩矿物和常见的岩石进行鉴定。

岩石是组成地壳的主要物质成分,是地壳发展过程中各种地质作用的自然产物。

岩石是矿物的集合体，是在地质作用下产生的，是由一种矿物或多种矿物以一定的规律组成的自然集合体。由于地质作用的性质和所处的环境不同，不同的岩石的矿物成分、化学成分、结构和构造等内部结构也有所不同。

自然界的岩石的种类很多，按形成原因可分为岩浆岩、沉积岩、和变质岩三大类。根据矿物组成将岩石分为单矿岩和复矿岩。矿物的成分、性质及其他各种因素的变化，都会对岩石的强度和稳定性发生影响。所以要认识岩石、分析岩石在各种自然条件下的变化，进而评价岩石的的工程地质性质，为工程建设服务，就必须先了解矿物的有关知识。

2.1 造岩矿物

矿物是组成地壳的基本物质，它是在各种地质作用条件下形成的具有一定化学成分和物理性质的单质体和化合物。其中构成岩石的主要矿物称为造岩矿物。

2.1.1矿物的一般知识

矿物是构成岩石的基本单元，目前自然界已发现的矿物约3300多种，其中构成岩石的矿物有30余种。

造岩矿物绝大部分施结晶质的，结晶质的基本特点施组成矿物的元素质点（离子、原子或分子）在矿物内部按一定规律重复排列，形成稳定的格子构造，在生长过程中如条件适宜，能生成被若干天然平面所包围的固定的几何形态，但绝大多数矿物在发育时受空间条件的限制往往不具有规则的形态，如蛋白石（SiO2H2O）、褐铁矿（Fe2O3.nH2O）等。自然界的矿物按其成因可分为三大类型：

1.原生矿物(配图)

在岩石或成矿的时期内,从岩浆熔融体中经冷凝结晶过程中所形成的矿物,如石英、长石、角闪石、黑云母等。

2.次生矿物

指原生矿物遭受化学风化而形成的新矿物，如正长石经水解作用后形成的高岭石。

3变质矿物

指在变质的过程中形成的矿物，如蛇纹石、滑石、石榴子石等。

2.1.2矿物的物理性质

矿物的物理性质主要决定于它的内部结构和化学成分。掌握矿物的物理性质是鉴别矿物的主要依据。在实际工作中，一般用肉眼观察并借助简单的工具和试剂鉴定矿物。其物理性分为光学性质、力学性质、其它性质。

（一）矿物的光学性质

矿物的光学性质是指矿物对自然光的吸收、反射和折射所表现的各种性质。

1.颜色

矿物的颜色指矿物对可见光中不同光波选择吸收和反射后映入人眼的现象.它是矿物最明显、最直观的物理性质,常用标准色谱的红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫以及白、灰、黑来说明矿物颜色，也可以依据最常见的实物颜色来描述矿物的颜色，根据形成颜色的原因分为自色、他色和假色。

自色  矿物本身所含有色素离子的颜色（见表2-1），自色对矿物具有重要的鉴定意义。如孔雀石含有Cu2+呈现出绿颜色，而赤铁矿含有Fe3+呈现出红颜色。(配图)

表2-1 色素离子与矿物颜色示例表

他色  矿物含有杂质等机械混入物所引起的，对一般矿物无鉴定意义。对特殊矿物有鉴定意义。如水晶（SiO2）本身是无色透明的，但当含有少量氧化锰杂质时呈紫色（紫水晶），含钛时呈红色（蔷薇水晶），含碳时呈褐色至深黑色（烟水晶或墨水晶）等等。(配图)

假色  矿物内的某些物理原因所引起的颜色，比如光的干涉、内散射等

，对某些矿物具有鉴定意义。如斑铜矿（Cu5FeS4）风化表面呈紫蓝色，称为“锖色”现象；石英、方解石内部有细裂隙面时呈彩虹色，称为“晕色”等。(配图)

原生矿物按其自色分为浅色矿物和深色矿物两类，浅色矿物有石英、长石、白云母等，深色矿物有橄榄石、黑云母、角闪石、辉石等。

2.条痕

条痕是矿物粉末的颜色，一般指矿物在白色无釉瓷板（简称为条痕板）上擦划时所留下的矿物粉末痕迹。条痕对不透明、深色、金属矿物具有鉴定意义。对浅色矿物无鉴定意义。例如：黄铁矿——为绿黑色的细条痕；黄铜矿——绿黑色中显铜粉末的粗条痕；赤铁矿——不论外观何色，条痕为樱红色。(配图)

3.光泽

光泽是矿物对可见光的反射能力。根据矿物表面对光反射能力的强弱，用类比方法分为四级；金属光泽、半金属光泽、金刚光泽和玻璃光泽，绝大多数矿物呈非金属光泽。还有一些特殊的光泽如油脂光泽、珍珠光泽、丝绢光泽、蜡状光泽、土状光泽等。

矿物遭风化后，光泽强度就会有不同程度的降低，如玻璃光泽变成油脂光泽等。

4.透明度

透明度是指矿物透过可见光的能力，即光线透过矿物的程度，在矿物学中，一般以1cm厚的矿物的透光度为标准，将矿物的透明度分为三级：

⑴透明——隔着矿物能清楚地见到另一侧物体的轮廓。如水晶.冰洲石.云母片等。

⑵半透明——隔着矿物能见到另一侧物体的模糊阴形，如蛋白石、辰砂等。

⑶不透明——隔着矿物完全不能见到另一侧的任何形象，如磁铁矿、石墨等。

在矿物鉴定工作中，通常取0.03mm的薄片进行比较，以透光程度将矿物分为透明的和不透明的两类。

当手标本不具备标准厚度的情况下，应以光学性质的四个方面的内在联系作综合分析判断。一般而言，颜色浅淡、条痕无色或白色、非金属光泽的非金属矿物，都是透明的；颜色深暗、条痕黑色或暗色、金属光泽的金属矿物．基本上是不透明的；介于两者之间的为半透明的矿物（见矿物光学性质对照表2-2）。但存在以下两种特殊的情况：浅色矿物铝土矿为半透明的和深色矿物橄榄石为透明的。

表2-2 矿物光学性质对照表

（二）矿物的力学性质

矿物的力学性质是指矿物在受力后所表现的物理性质。

1.硬度：

硬度是矿物抵抗刻划、研磨的能力。一般用肉眼鉴定时，通常以己知硬度的矿物去刻划被测定的矿物，以此鉴定其相对硬度。在野外鉴别矿物硬度时，还可采用简易鉴定方法来测试其相对硬度。即利用指甲、铁刀（铅笔刀）、玻璃刀和钢刀将矿物划分为三个判定（不标明具体数值）硬度等级：指甲能刻出划痕的为低硬度；指甲刻不出、小刀（铅笔刀）可刻出划痕的为中硬度；小刀刻不出、钢刀可刻出划痕的为高硬度。一般只判断；低、中、高。

国际上采用“摩氏硬度计”（1824年奥地利矿物学家摩氏首先提出），以常见的10种矿物作为标准，从低到高分为10级，代表矿物为：滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石（见表2-3）。(配图)

表2-3 矿物标准硬度计及简易鉴定方法对照表

2. 解理与断口：

矿物受打击后，能沿一定方向裂开成光滑平面的性质，称为解理。裂开的光滑平面为解理面。不具方向性的不规则破裂面，称为断口

根据解理的完全程度，可将解理分为以下几种：(配图)

1. 极完全解理：矿物极易断开成薄片状.纤维状.规则块体（云母.石棉.方解石）

2.完全解理：矿物极易裂开成薄斤、纤维状、规则块状，如云母、石棉、方解石等。

3.中等解理：矿物能沿解理作不完整的裂开，解理面不光滑不连续．如角闪石、辉石等。

4.不完全解理：在块体矿物上很难见到解理面．偶而可见的解理面既小又不平滑，如磷灰石、橄榄石等。

矿物解理的完全程度和断口是相互消长的，解理完全时则不显示断口。反之，解理不完全或无解理时，则断口显著。如不具解理的石英，则只显示贝壳状断口。解理是造岩矿物的另一个鉴定特性。矿物解理的发育程度，对岩石的力学强度产生不同的影响。断口又分为：贝壳状、参差状、锯齿状、平坦状。

（三）矿物的其它性质

有些矿物还具有独特的性质如磁性、弹性、发光性、放射性、人的感觉感官性等。

2.1.3常见的造岩矿物

矿物的种类繁多，由于其物理性质测试简单，常是鉴定和分类的主要依据。下面介绍几种重要的造岩矿物的物理性质。

1. 石英(SiO2)

石英(SiO2)无色，因含杂质等可呈各种颜色。无条痕，断口呈贝壳状，油脂光泽，硬度高，透明。晶体呈六方柱双锥状。化学性质稳定，抗风化能力强，含石英越多的岩石，岩石的工程性质越好。石英广泛分布在各种岩石和土层中，是重要的造岩矿物。

2..正长石(KAlSi3O8)

呈柱状、板状、块状，颜色为肉红色或黄褐色或近于白色，条痕白色，玻璃光泽，硬度高，中等解理，两组解理面近于90°正交。易于风化，完全风化后形成高岭石、绢云母、铝土矿等次生矿物。

3. 斜长石

呈长状、板条，白色至暗灰色，无痕，透明、玻璃光泽，硬度高，中等解理，两组解理面呈86°左右斜交。易于风化，解理面上有细条纹。成分中以Na+为主的是酸性斜长石，以Ca2+为主的是基性斜长石，两者之间的为中性斜长石。斜长石是构成岩浆岩最主要的矿物。

4.白云母

呈片状、鳞片状，薄片无色透明，珍珠光泽，硬度低，薄片有弹性,一组极完全解理,具有高的电绝缘性.抗风化能力较强,主要分布在变质岩中。

5.黑云母

呈片状或板状，颜色深黑，其它性质与白云母相似，硬度低，玻璃或珍珠光泽、半透明、易风化，风化后可变成蛭石，薄片失去弹性，当岩石含云母较多时，强度降低。广泛分布于岩浆岩和变质岩中。

6.角闪石

呈长柱状、针状，颜色暗绿至黑色，玻璃光泽，硬度高，半透明，中等解理，两组解理交角56°。较易风化，风化后可形成粘土矿物、碳酸盐及褐铁矿等。多产于中性岩浆岩和某些变质岩中。

7.辉石

呈短柱状、粒状，黑色，玻璃光泽，半透明，中硬度、中等解理，两组解理面交角87°。较易风化，多产于基性或超基性岩浆岩中。

8.橄榄石

呈粒状集合体，橄榄绿色，玻璃光泽，透明、高硬度，断口贝壳状。常见超基性岩浆岩中，易风化。

9.方解石

呈菱面体或六方柱，无色或乳白色，玻璃光泽，四度，三组完全解理，与稀盐酸起泡反应。方解石是组成石灰岩的主要成分，用于制造水泥和石灰等建筑材料，也可作电气及炼钢的熔剂等。

10.白云石

菱面体，集合体呈块状，灰白色，玻璃光泽或珍珠光泽，硬度为中，透明，中等解理、遇热稀盐酸时微弱起泡。

11.石膏（CaSO4·2H2O）

集合体呈致密块状或纤维状，一般为白色，条痕白，硬度低，丝绢光泽，透明，一组完全解理，广泛用于建筑、医学等方面。

12.粘土矿物 泥黄色，浅色条痕，土状光泽，透明，低硬度，平坦状断口。泛指各种形成粘土的矿物。

(1)高岭石

常呈致密块状、土状，白色，土状光泽，透明，硬度低，平坦状断口。透水性差，干燥时粘舌，易捏成粉末，湿润具有可塑性。

(2)蒙脱石

呈土状、块状，白色，土状光泽，透明，硬度低，平坦状断口。吸水性很强，透水性差，吸水后体积可膨胀几倍至十几倍，具有很强的吸附力和阳离子交换性能。

(3)伊利石

呈块状，白色，平坦状断口。不具膨胀性和可塑性，因产于美国伊利诺斯州而得名。

13.蛇纹石

集合体呈致密块状，颜色黄绿，腊状光泽，硬度中，半透明，断口平坦，可作室内装饰材料。为富镁质超基性岩变质后形成的主要变质矿物，常与石棉共生。

14.绿泥石

集合体为隐晶质土状或片状，浅绿到深绿色，玻璃光泽，半透明，一向中等解理，薄片有挠性无弹性，硬度低，强度较低，是长石、辉石、角闪石、橄榄石等的次生矿物，在变质岩中分布最多。

15.滑石

集合体呈致密块状，白色，淡黄色，淡绿色，珍珠光泽，硬度低，一组完全解理。富有滑腻感，工业上常用原料。为富镁质超基性岩，白云岩等质后形成的主要变质矿物。

16.石榴子石

晶体菱形十二面体或粒状，颜色随成分而异，玻璃光泽，硬度高，半透明，无条痕，无解理，主要用于研磨材料。

17. 黄铁矿（FeS2）

立方体，颜色为金黄色，金属光泽，锯齿状断口，条痕为细绿黑色，硬度高，不透明，易风化，风化后生成硫酸和褐铁矿。常见于岩浆岩褐沉积岩的砂岩和石灰岩中。

2.2 岩浆岩

岩石是地壳发展过程中,由一种或多种矿物组成，在成分和结构上具有一定规律的集合体。岩石是构成地壳的最基本单位，按其成因可将地壳的岩石分为三大类：岩浆岩、沉积岩、变质岩。

岩石与人们的生活、国民经济发展和科学研究有着密切关系。岩石不仅是研究地质构造、地貌、水文地质、矿产等的基础，而且也是人类一切工程建筑物的地基和原材料。为了建筑物的安全、稳定、必须从岩石入手去探讨工程地质问题。下面分别介绍三大岩类的主要特征及常见岩属。

2.2.1岩浆岩及其产状

岩浆涌向地表或地下一定深处，因其理化环境即压力和温度条件发生了变化，使之冷凝而成的岩石，称为岩浆岩。

岩浆岩按其生成环境可分为侵入岩和喷出岩。岩浆侵入地壳深处，在高温高压下缓慢冷却结晶而成的岩浆岩称为深成侵入岩。如果是在接近地表不远的地段，但未上升至地表面而凝结的岩浆岩称为浅成侵入岩；喷出地表在常压下迅速冷凝而成的岩石称为喷出岩。(配图  土32页图3-1)

岩浆岩生成的空间位置和形态、大小称为岩浆岩的产状。

1.岩基和岩株

深成侵入。

2. 岩脉、岩盘和岩床

浅成侵入。

3. 喷出岩的产状多形成火山颈、火山锥、岩流、岩被等。

2.2.2岩浆岩的化学性质与矿物成分

组成岩浆岩的矿物多数是原生矿物、其中，浅色矿物和深色矿物之间比例不同其化学性质也不同。这种有规律的组合，是岩浆岩分类命名的主要依据之一。

1. 岩浆岩的化学成分

岩浆岩的化学成分决定了岩石的颜色。绝大多数岩浆以硅酸盐为主。其中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、H等九种元素占地壳的98.13%，以O、Si的含SiO2量为最多，两者占总重量的75.13%，其次还有Ti、P、Mn、Ba等元素，通常把这13种元素称为“主要造岩元素” ，这些元素一般以氧化物的形式存在，其中，含量最多的为，高达57.64%；其次为Al2O3，两者占岩浆岩氧化物总量的70.09%，通常把这些氧化物称为“主要造岩氧化物”

岩浆岩种的各种氧化物之间具有明显的变化规律；当SiO2含量较低时，FeO、MgO等铁镁质矿物就高，如橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等深色矿物增多；当SiO2和Al2O3含量较高时，则以Na2O、K2O等硅铝质矿物，如石英、长石、白云母类浅色矿物为主）。由此在岩浆岩的分类中，习惯上根据SiO2含量多少，把岩浆岩分四大类，见表2-4。

表2-4 岩浆岩的分类

2. 岩浆岩的矿物成分

岩浆岩中的矿物成分是岩浆岩化学性质最直观的反。根据矿物在岩浆岩分类和命名中所起的作用，可以分为：

（1）主要矿物：是指岩石中含量较多（>20%），对分类命名起决定作用的矿物。例如花岗岩中的长石和石英是主要矿物，缺一就不能称为花岗岩；辉长岩中的辉石和斜长石均为主要矿物，两者缺一不可。）

（2）次要矿物：是指某种矿物在岩石中的含量较少（3%—10%）对划分岩石大类不起主要作用，但可作为确定岩石种属的依据。（例如闪长岩为中性岩类，以角闪石和中性斜长石为主要矿物，若含有一定数量的石英时，则称为石英闪长岩。）

（3）副矿物：是指岩石含量极少（1%—3%），对分类及其种属命名都不起作用的矿物。常见的副矿物有：锆石、磷灰石、褐帘石等等。

3. 岩浆岩中矿物组合与其化学性质

岩浆岩中深、浅矿物的组合，不仅反映在岩石的颜色上，而且还决定着该岩石的化学性质。在岩浆岩石学中，常以铁镁质的深色矿物在岩石中所占的百分比作为“颜色指数”、或称 “色率”。色率：0—30%的称为浅色岩，为酸性岩； 0—30%的称中色岩，为中性岩；0—30%的称深色岩，为基性岩；0—30%的称暗深色岩，为超基性岩（深矿物在岩石中占0—30%）。由此可见，岩浆岩的颜色、矿物成分与化学性质之间，有着内在的共生组合规律。为了能粗略地理解这种共生组合规律，可试用简要的网络图来加以概括，见图3-2

浅色矿物——石  英——正长石——斜长石

深色矿物——黑云母    角闪石    辉  石    橄 榄 石

岩石颜色——浅色岩    中色岩    深色岩    暗深色岩

化学性质——酸性岩    中性岩    基性岩    超基性

图3-2  岩浆岩颜色、矿物成分、化学性质网络图示

从网络图中可以看出岩浆岩中原生矿物在冷凝结晶过程中所形成的共生规律。

（1）酸性岩：浅色，SiO2含量高，石英与正长石及酸性斜长石共生，深色矿物有黑云母和少量角闪石。（图中以单实线表示）

（2）中性岩：中色，SiO2含量适中，石英含量极少，以长石类与深色矿物角闪石共生。（图中以双实线表示）

（3）基性岩：深色，SiO2含量较低，无正长石和石英或含量极少，以基性斜长石与深色矿物辉石共生为主。（图中以三实线表示）

（4）超基性：暗深色，SiO2含量很低，长石类及角闪石极少见，绝无石英。以深色矿物橄榄石与辉石共生为主（图中以箭头线表示）

从上述“共生组合规律”可看出，石英与橄榄石在岩浆岩成岩的过程中不会共生，因为40% 含量的SiO2与铁镁化合形成橄榄石，不能独立形成石英。SiO2含量>65%才可以形成石英，而这时不能形成橄榄石。通常以次两种矿物来区别SiO2含量的多少，故把橄榄石和石英列为岩浆岩的“指示矿物”。

2.2.3岩浆岩的结构和构造

1、岩浆岩的结构

岩浆岩的结构，是指组成矿物的结晶程度，晶粒大小，形态以及晶粒之间或晶粒与玻璃质间的相互结合的方式。岩浆岩的结构特征是岩浆冷凝时所处理化环境综合反映的，也是研究岩石形成条件和岩石分类、命名的重要依据。结构决定于岩石的内在联系，影响着岩石的物理、化学性质。

①根据岩石矿物结晶的程度可分为(配图  土34页图3-3)

（1）全晶质结构：是侵入岩是主要特征，因岩浆在深处缓慢冷凝，矿物有充分结晶的条件而全部结晶，如花岗岩、闪长岩。

（2）半晶质结构：常见于部分浅成岩和喷出岩中，因岩浆冷凝速度较快，其中有一部份岩浆来不及结晶而成为非晶质如流纹岩、石英斑岩、花岗斑岩。

（3）非晶质结构：岩浆喷出地表、冷凝很快，来不及结晶而成为非晶质，也称为玻璃质，如黑曜岩、珍珠岩。

总的来说，岩浆冷凝慢——全晶质，较快——半晶质、突然——非晶质

②按晶粒的绝对大小分(见表2-5）

表2-5 岩浆岩晶粒大小分级标准及名称

③按晶粒的相对大小分 (配图  土35页图3-4)

（1）等粒结构：岩石中矿物颗粒大小相等如橄榄石。

（2）不等粒结构：岩石中矿物颗粒有大有小。

（3）斑状结构及似斑状结构：岩石由大小相差悬殊的矿物组成，大的称斑晶，小的称基质。如果基质为非晶质者（即玻璃质），称为斑状结构；如果基质为晶质者，称似斑状结构。

④按矿物颗粒外形分(配图  土35页图3-5)

矿物颗粒按结晶的先后顺序，可分为自形晶、半自形晶和他形晶三种，先结晶的矿物晶形完整，为自形晶；次层结晶的矿物只有部分晶形完整，为半自形晶；最后结晶的矿物只能填充于已结晶的矿物空隙中，故成为他形晶。

2、岩浆岩的构造

岩浆岩的构造是指岩石中各种矿物外部集合体在空间排列及充填方式上所表现出来的特征。构造特征决定于岩浆性质，产出条件，凝固过程度中物质成分的空间运行状态等，也是岩石分类命名的重要依据之一。岩浆岩常见的构造有：

（1）块状构造：矿物在岩石中排列无一定次序，无一定方向，不具任何特殊形象的均匀块体。大部分侵入岩都具有这种构造，如花岗岩、辉长岩、闪长岩等。

（2）流纹构造：在喷出岩中由不同颜色的矿物、玻璃质和拉长气孔等沿一定方向排列，表现出熔岩流动的状态。常见于酸性或中酸性喷出岩中，如流纹岩。

（3）气孔及杏仁构造：当熔岩喷出时，由于温度和压力骤然降低，岩浆中大量挥发性气体被包裹于冷凝的玻璃质中，气体逐渐逸出，形成各种大小和数量不同的圆形或椭圆形、个别呈管状的孔洞，称为气孔构造。如果孔洞中被后斯次生方解石、沸石、蛋白石等矿物充填，形如杏仁，则称为杏仁构造如玄武岩、安山岩、浮岩等。

2.2.4常见的岩浆岩类型

通常根据岩浆岩的成因、矿物矿物成分、结构、构造及产状等方面的综合特征分类，见表2-6。

表2-6 岩浆岩分类表

1.酸性盐类

（1）花岗岩  属深成侵入岩，多呈肉红色、灰白色，主要矿物为石英、正长石和酸性斜长石，次要的有黑云母和角闪石等。全晶质等粒结构，块状构造。花岗岩分布广泛，抗压强度大，质地均匀坚实，颜色美观，是优质的建材。产状多为岩基、岩株，是良好的建筑物地基。

（2）花岗斑岩 属浅成侵入岩，多棕红色、黄色。成分与花岗岩相似，斑状结构，斑晶主要有钾长石、石英或斜长石，块状构造。

（3）流纹岩  属喷出岩。呈灰白色、紫红色，以斑状结构为主，斑晶多为斜长石或石英，流纹状构造，抗压强度略低于花岗岩。工程性质较好，也是良好的建筑物地基。

2.中性岩类

（1）正长石  呈肉红色、浅灰色，全晶质等粒结构或似斑状结构，块状构造。主要矿物为正长石，次要矿物有黑云母、角闪石，含极少量石英，较易风化。极少单独产出，主要与花岗岩等共生。

（2）正长斑岩  斑状结构，斑晶为正长石，块状构造。

（3）斑状结构，斑晶为正长石，块状构造，表面具有细小孔隙，表面粗糙。

（4）闪长石  呈灰色或浅绿灰色，主要矿物为中性斜长石和角闪石，次要有黑云母、辉石等，全晶质等粒结构，块状构造。闪长岩结构致密强度高，具有较高的韧性和抗风化能力，是优质建筑地基。

（5）闪长玢岩  斑状结构，斑晶为中性斜长石，有时为角闪石，块状构造。常为灰色，如有次生变化，则多为灰绿色，工程性质较好。

（6）安山岩  呈灰绿色、灰紫色，斑状结构，斑晶为角闪石或基性斜长石，块状构造，有时为气孔构造或杏仁构造，是分布较广的中性喷出岩，岩块致密，强度稍低于闪长石。

3.基性岩类

（1）辉长岩  呈灰黑、黑色，主要矿物为基性斜长石和辉石，次要的矿物成分有橄榄石和角闪石，全晶质等粒结构，块状构造。辉长岩强度很高，抗风化能力强，工程性质较好。分布不广，主要在河北一带较多。

（2）辉绿岩  中灰绿色，辉绿结构，块状构造，强度较高，是优良的建筑材料。

（3）玄武岩  呈灰黑色、黑色，隐晶质结构或斑状结构，斑晶为橄榄石、辉石或斜长石，常见气孔状构造、杏仁状构造。玄武岩致密坚硬，性脆、强度较高，但是多孔时强度较低，较易风化。

综上分析，岩浆岩在工程上由于是硬质岩或极硬质岩,其工程性质很好如辉长石、闪长石、花岗岩、花岗斑岩等在公路工程开挖路基边坡中的稳定性好，可以形成高陡直的边坡，但要考虑节理裂隙发育完全的情况以及崩塌的可能性，要考虑整治方案。在施工过程中要考虑极硬质岩不易开挖边坡，由此引起的施工难度增加的问题。

2.3 沉积岩

2.3.1沉积岩的形成过程

沉积岩是在地表常温常压环境下，由外动力地质作用促使地壳表层先成的矿物和岩石遭到破坏，将其松散、碎屑、浮悬物、溶解物搬运到适宜的地带沉积下来，再经压固、胶结形成层状的岩石。沉积岩广泛分布于地壳表层，占陆地面积的75%，沉积岩各处的厚度不一，最厚可达10km,薄者只有数十米。沉积岩是地表常见的岩石，在沉积岩中蕴藏着大量的沉积岩矿产，比如煤、石油、天然气等，同时各种建筑物如道路、桥梁、矿山、水坝等几乎都以沉积岩为地基，沉积岩本身也是建筑材料的重要来源。

2.3.2沉积岩的化学成分与矿物组成  

沉积岩的化学成分：

从表 2-7可看出

（1）沉积岩中Fe2O3>FeO的含量，而岩浆岩中则相反。

（2）沉积岩中K2O>Na2O，而在岩浆岩中则相反。

（3）沉积岩中富含H2O和CO2；而岩浆岩中含量较少。

表2-7 沉积岩与岩浆岩平均化学成分

2、沉积岩的矿物组成 

沉积岩的矿物的成分和岩浆岩的有很大的差别，见表2-8。

从表2-8可看出：

表 2-8 沉积岩与岩浆岩的平均矿物成分

（1）粘土矿物、铁质矿物、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氧化物和氢氧化物等矿物，以及有机物是沉积岩所特有的矿物。

（2）岩浆岩中主要的深色（铁镁质）矿物，是高温高压下形成的，在地表环境中易于风化和分解，故很难存在于沉积岩中。

（3）浅色（硅铝质）矿物，可同时在沉积岩和岩浆岩中存在，但沉积岩

石英、白云母的含量要多于岩浆岩；而长石的含量比岩浆岩中的少得多。总的来说，沉积岩的矿物成分可分为五种类型即碎屑矿物、粘土矿物、化学沉积矿物、有机质及生物残骸、胶结物（其强度取决于胶结物根据由强至弱分别为硅质、铁质、钙质、泥质）

2.3.3沉积岩的结构和构造

沉积岩的结构是指组成岩石颗粒大小、形状及组合关系，它是沉积岩分类命名的重要依据。按从大到小的原则分为碎屑结构、泥质结构、化学结晶结构、生物结构。

（1）碎屑结构

指碎屑物被胶结物胶结而成的结构，按碎屑颗粒粒径的绝对大小划分为三种结构：砾状结构、砂状结构和粉砂状结构(见表2-9)。

表2-9 碎屑结构与岩石命名对照表

按颗粒相对大小分为：等粒结构和不等粒结构。(配图  土39页图3-7)

按颗粒形状分为：梭角状结构、浑圆状结构、滚圆状结构。(配图  土39页图3-8)

以胶结物成分而论：硅质胶结颜色浅、强度高；铁质胶结颜色呈红色，强度仅次于硅质；钙质胶结的颜色浅，强度比较低；泥质胶结多呈黄色、褐色，胶结松散，强度低，遇水易软化。

（2）泥质结构：又称粘土结构。是由50%—95% 粒径小于0.002mm的粘土质点组成。它是泥岩和页岩的主要结构。按其中粘粒、粉砂粒和砂粒含量的百分比分，可划分为三种：泥质结构、粉砂泥质结构和砂泥质结构(见表2-10 )。

表2-10 泥质结构的类型与粒径含量表

（3）化学结晶结构：是溶液中沉淀或重结晶、纯化学成因所形成的结构，根据沉淀时的环境，可将化学结晶结构分为：晶粒状结构、鲕状结构，竹叶状结构。

（4）生物结构：岩石是以大部或全部生物遗体或碎片所组成的结构。这种结构还可进一步分为：贝壳结构和生物碎屑结构。

2.沉积岩的构造。

沉积岩的构造是指岩石各组成部分的空间分布及其相互间的排列方式所呈现的宏观特征。沉积岩最主要的构造有层理构造、层间构造、层面构造、化石和结核等。

（1）层理构造：由于季节变化，沉积环境的变迁，使先后沉积的物质在颗粒大小、形状、颜色和成分上发生相应变化，从而显示出来成层现象，称为层理构造；按层理形成的条件及所反映的形态，可分为水平层理、斜层理、交错层理、块状层理见(配图  土40页图3-9)

（2）层间构造：不同厚度，不同岩性的层状岩石之间层位上的变化现象。性质不同的岩石之间的接触面，称为层面。上、下两层面间，成分基本一致的岩石，称岩层。岩层厚度是指上下岩层之间的垂直距离。见表2-11

表2-11 沉积岩岩层厚度划分标准表

（3）层面构造：指未固结的沉积物，由于搬运介质的机械原因或自然条件的变化及生物活动，在层面上留下痕迹并被后来的沉积物覆盖而固化在层面上的构造现象，如波痕、泥裂、雹痕、雨痕、虫痕等。

（4）化石和结核：化石和结核也是沉积岩所特有的构造现象，化石是岩层中，保存着经石化了的各种古生物遗骸和遗迹，利用化石可确定岩层的地质年代。结核是与岩层主要成分有区别的胶体物，经凝聚呈团块状散布于岩层中的块体。

大部分沉积岩形成于广阔平坦的沉积盆地中，其原始状态多呈水平或近水平，并且老的岩层先形成在下面，新的岩层后形成在上部，这种老的在下面，新的在上部的层位，称为正常层位，但由于构造运动常使岩层层位发生改变，形成倾斜、直立岩层，甚至倒转。

判断岩层的层位主要有以下几种方法：

1、斜层理：上接下切，在河流、湖泊中沙波移动再切割而成的。

2、粒序层理：一般情况下，上粗下细。

3、对称波痕：上尖下凹。

4、泥裂：平面呈多边形两朝上；切面呈楔形，楔尖向下。

5、雨迹与冲刷面、印痕等都为判断岩层顶底面的标志。

2.3.4常见的沉积岩

沉积岩的形成过程比较复杂，目前对沉积岩的分类方法尚不统一。但通常主要是依据岩石的成因、成分、结构、构造等方面的特征，将沉积岩分为四大类，见表2-12

1火山碎屑岩类

（1）火山集块岩 

（2）火山角砾石 

（3）凝灰岩

2、沉积碎屑岩类

（1）砾岩及角砾  50%以上粒径大于2mm的砾或角砾胶结而成，砾状（角砾状）结构，快状构造

（2）砂岩  由50%以上粒径在0.074～2mm（分别为粗、中、细砂岩）的砂

表2-12 沉积岩分类表

粒胶结而成，砂粒主要成分为石英、长石及岩屑等，砂状结构，层理构造。

（3）粉砂岩  由50%以上粒径在0.002～0.074 mm的粉砂粒胶结而成的。成分主要是石英，其次是白云母、长石和粘土矿物等，粉砂质结构，层理构造，结构疏松，强度和稳定性不高。

3、粘土岩类

（1）泥岩 主要由粘土矿物经脱水固结而成，粘土结构，层理不明显，呈快状构造，固结不紧密、不牢固。强度较低，遇水易软化。

 （2）页岩 主要由粘土矿物经脱水固结而成，粘土结构，页理构造，富含化石。一般情况下，页岩岩性松软，易于风化呈碎片状，强度低，遇水易软化而丧失其稳定性。公路穿越该岩性地带边坡易形成撒落现象，造成路边沟堵塞形成过水路面，使路面损坏。

4、化学及生物岩类

（1）石灰岩  简称灰岩主要由方解石组成，次要矿物有白云石、粘土矿物等。质纯者为浅色，若含有机质及杂质则色深。化学结晶结构或生物化学结晶结构，块状构造。石灰岩致密、性脆，一般抗压强度较差。石灰岩分布很广，是烧制石灰和水泥的重要原料，也是用途很广的建筑石材。但由于石灰岩属微溶于水的岩石，易形成裂痕和溶洞，对基础工程影响很大。

 （2）白云岩  主要由白云石和方解石组成，颜色灰白，略带淡黄、淡红色。化学结晶结构，块状构造，可作高级耐火材料和建筑石料。

沉积岩的工程性质应注意碎屑岩类胶结物质，若为 SiO2硅质、铁质、钙质和石灰岩类，工程性质较好。硅质最硬，上述类可以形成高陡直的边坡，但要考虑崩塌（蜂子沱问题）、滑坡的可能性，要考虑整治方案。泥质粉砂类的边坡工程性质非常差，常因风化严重滑移、散落在路边沟，使道路排水不畅，引起路面积水，使公路严重破坏，不能保持公路的正常通行使用。

2.4 变质岩

2.4.1变质岩的形成过程

地壳中原岩（岩浆岩、沉积岩和才变质岩）受到温度、压力及化学活动性流体等的影响，在固体状态下发生剧烈变化后重新排列结晶所形成的新的岩石，称为变质岩。由岩浆岩变质而成的岩石叫正变质岩。由沉积岩变质而成的岩石叫副变质岩。变质岩就是原岩经变质作用后所形成的新岩石。(配图  土44页图3-11)   

2.4.2变质岩的物质成分

变质岩的化学成分的变化，反映在矿物成分上呈现出极为明显的双重性：既有一定的继承性，又具有自身的特点。继承性是指原岩经变质后，仍保留有原岩的矿物，如石英、长石类、云母、角闪石、辉石和方解石、白云石；独特性是指原岩经变质后，出现某些具有自身特性的变质矿物，如石墨、滑石、石榴石、蛇纹石、绿泥石、硅灰石等等。

2.4.3变质岩的结构

一般按成因可分为：变晶结构、变余结构、碎裂结构。

（1）变晶结构：原岩在固态条件下，岩石中的各种矿物同时重结晶作用形成的结晶质结构，如白云母石英片岩、花岗片麻岩等都属于这种结构。根据组成矿物的相对大小，又分为等粒变晶结构，不等粒变晶结构，斑状变晶结构；根据其形态又可分为粒状变晶结构、鳞片状变晶结构、纤维状变晶结构。这是变质岩中最常见的结构。

（2）变余结构：又称“残留结构”，由于变质程度较低，重结晶作用不完全，原岩的矿物成分和结构特征仍被保留下来。如黑色板岩、千枚岩等属变余砾状、变余砂状、变余粉砂状及变质泥质状等结构。

（3）碎裂结构：是动力变质作用造成（高压、高温），岩石中矿物颗粒发生弯曲、破裂、断开、甚至研磨成细小的碎屑或岩粉，分为：角砾结构、碎斑结构和糜棱结构等。

2.4.4变质岩的构造

变质岩的构造是指在岩石中矿物在空间排列关系上的外貌特征。变质岩的构造特征常见的有片理构造、块状构造、变余构造。片理构造是变质类区别于沉积岩和岩浆岩的重要特征，也是鉴定变质岩分类在外观上很显著的标志。(配图)

（1）片理构造：是指岩石中的片状、针状、柱状或板状矿物受定向压力作用后，重新组合呈相互平行排列的现象。能顺着变质岩中矿物定向排列方向剥裂开的面，称为片理面。

①板状构造：粘土岩等柔性岩石在温度不高而以压力为主的变质作用下，由显微片状矿物平行排列成密集的板理面。如黑色板岩。

②千枚状构造：是粘土岩以及中酸性凝灰岩级低级变质而产生的薄片状构造。片理面上因绢云母、绿泥石的定向排列而呈现较强的丝绢光泽和许多小皱纹，如千枚岩。

③片状构造：原岩经区域变质，重结晶作用，使片状、柱状、板状矿物如云母、角闪石、绿泥石等平行排列成连续的薄片状，片理面上光泽很强如白云母石英片岩。

④片麻状构造：由不同性质（岩浆岩、沉积岩、早期变质岩）的原岩，经区域变质作用而形成变质程度很深的构造，具有方向性排列的条带状集合体如花岗片麻岩。

（2）块状构造：岩石中的矿物成分和结构都很均匀，不具定向排列的称为块状构造。如大理岩、石英岩。

（3）变余构造：一般指浅变质作用后仍保留有原岩的构造特征。由沉积岩变质岩保留有变余层理、斜层理、泥裂、波痕等构造，岩浆岩变余气孔、杏仁、流纹构造等。

2.4.5常见变质岩

变质岩根据其构造特征分为片理状岩类和块状岩类，见表2-13变质岩分类表。

表2-13 变质岩分类表

1、片理状岩类(配图)

（1）片麻岩：粒状变晶结构、片麻状构造，其主要矿物是石英、长石等，其次是云母、角闪、辉石。片麻岩的强度较高，但其中云母的含量对强度有极大的影响，若含量偏多，则强度就会降低。

（2）片岩：鳞片状或纤状变晶结构，片状构造，常见矿物有云母、绿泥石、滑石、石英等，次要矿物角闪石片岩、石英片岩。片岩因片理发育，片状矿物含量高，强度低，抗风化能力差，极易风化剥落，甚至沿片理面发生滑塌。

（3）千枚岩：常有粘土岩变质而成。具有千枚结构。千枚岩质地松软，强度低，易风化剥落，沿节理面发生滑塌。不能作为路基材料，形成边坡时也应整治治理。

（4）板岩：变余泥质结构，板状构造，主要是粘土矿物，次要矿物绢云母、绿泥石。板岩因变质作用，较一般粘土岩致密、坚硬，且易开成薄石状，是较好的建筑材料。

2、块状岩类

（1）大理岩：粒状变晶结构，块状构造，主要矿物为方解石、白云石。大理岩强度中等，易于开采，是良好的建筑装饰材料。

（2）石英岩：粒状变晶结构，块状构造，主要矿物为石英，次要长石、绢云母、绿泥石、白云母、黑云母。石英岩强度高，抗风化能力强，工程性质好，可作为良好的路基材料，在山区可形成较陡的边坡。

变质岩中石英岩、大理岩硬度高，具有较好的工程性质。其它的都与其构造有关，特别是片状和板状的变质岩，公路边坡穿越非常麻烦，工程性质差，经常大块小块的岩石向下掉落，造成公路阻塞，损坏道路路面，影响正常的行车安全。

2.5三大岩类的区别

1、结构的比较

（1）岩浆岩 由于是直接由高温熔融状的岩浆而成，具有明显的晶质结构，这种结构反映在组合矿物上有先后冷凝结晶的顺序性。在命名上是按成分命名。

（2）沉积岩是原岩经风化、剥蚀、搬运、沉积、压固胶结而成，具明显的物质沉积规律的结构特征，即具有碎屑结构，泥质结构和生物化学结构的特征，其中化学结晶结构反映出由溶液中沉淀或重结晶的化学性，在命名上是按颗粒大小（即结构）分类命名。

（3）变质岩是由于不同原岩受不同程度的变质因素影响而形成不同的变质岩，在结构上既有继承性有独特性，而呈现出变晶，变余和碎裂等结构，变质岩的结构反映出各种矿物在固态情况下受定向压力（一定温度）进行重结晶而具有定向性，在命名上是以构造命名。

2、从构造上看

（1）岩浆岩  随着岩浆性质，产出条件和凝固过程中运动状态的不同而呈现出不同的构造现象。侵入岩产生时，常因岩浆冷却散热过程中矿物晶体间产生的凝聚力，使不同矿物晶体聚合成块状，喷出常因矿物呈玻璃质或隐晶质而形成岩流纹、杏仁状、气孔状构造以及致密块状的构造。

（2）沉积岩：层理构造、层状构造、块状构造。

（3）变质岩：片理构造，块状构造。

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