工程地質(zhì)礦物部分第1章 巖石及其工程地質(zhì)性質(zhì)

第1章巖石及其工程地質(zhì)性質(zhì),概述（地球的圈層結(jié)構(gòu)）1.1造巖礦物,a=b=6378.140c=6356.755,參考書目：地球科學(xué)導(dǎo)論劉本培蔡運(yùn)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(yùn)相關(guān)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(tài)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(huán)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(jī)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(xué)性質(zhì)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(lián)系,地球的圈層結(jié)構(gòu),地球內(nèi)部圈層的形成，一般認(rèn)為是由于地球內(nèi)部加熱、原始物質(zhì)分異和分層作用共同產(chǎn)生的結(jié)果。依據(jù)圈層的特點(diǎn)可分為：地殼地幔地核,地球內(nèi)部圈層,陸殼及上地幔,地球內(nèi)部圈層圖,地震波在地球內(nèi)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(zhì)層，只存在于大陸；下硅鎂層，也稱為玄武質(zhì)層，分布于全球。,大陸地殼大洋地殼,地殼的結(jié)構(gòu)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(jī)元素或元素化合物,巖石：巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)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(zhì)條件下形成，具有一定的化學(xué)成分和物理性質(zhì)，并在一定的物理化學(xué)條件下穩(wěn)定存在的單質(zhì)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(lán)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(xué)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(nóng)用，造紙，顏料，添加劑，冶金熔劑等。,翡翠,硬玉（緬甸玉）,價值數(shù)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(tài)2.礦物的光學(xué)性質(zhì)3.礦物的力學(xué)性質(zhì)4.常見造巖礦物,礦物,存在于地殼中的具有一定化學(xué)成分和物理性質(zhì)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(jié)晶生成。,地殼中的常見元素,礦物的形態(tài),a.晶體b.單體形態(tài)c.集合體形態(tài),造巖礦物絕大部分是結(jié)晶質(zhì)。組成礦物的元素質(zhì)點(diǎn)在礦物內(nèi)部按一定的規(guī)律排列，形成穩(wěn)定的結(jié)晶格子構(gòu)造生成具有一定幾何外形的晶體。,石墨,金剛石,結(jié)晶習(xí)性雖然每種礦物都有它自己的結(jié)晶形態(tài)，但由于晶體內(nèi)部構(gòu)造不同，結(jié)晶環(huán)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(fā)育的程度也不相同。在相同條件下形成的同種晶體經(jīng)常所具有的形態(tài)，稱為結(jié)晶習(xí)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(qiáng)，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(tài)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(jié)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(zhì),礦物的物理性質(zhì)，決定于礦物的化學(xué)成分和內(nèi)部構(gòu)造。礦物的物理性質(zhì)，是鑒別礦物的重要依據(jù)。肉眼鑒別礦物所依據(jù)物理性質(zhì)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(zhì),礦物的物理性質(zhì)1.顏色,礦物的顏色，是礦物對可見光波的吸收作用產(chǎn)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(zhì)所引起的，與礦物的本身性質(zhì)無關(guān)。如純凈的石英晶體是無色透明的，混入雜質(zhì)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(nèi)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(xiàn)的虹彩；斑銅礦表面常出現(xiàn)斑駁的藍(lán)色和紫色。,礦物的物理性質(zhì)2光澤礦物表面呈現(xiàn)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(xiàn)，按其強(qiáng)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(jù)礦物新鮮平滑的晶面、解理面或磨光面上反光能力的強(qiáng)弱，同時配合礦物的條痕和透明度進(jìn)行光澤等級的判定。金剛光澤、玻璃光澤（半金屬光澤）統(tǒng)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(zhì)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(xiàn)的光澤。,2.珍珠光澤光線在解理面間發(fā)生多次折射和內(nèi)反射，在解理面上所呈現(xiàn)的像珍珠一樣的光澤，如云母等。,3.絲絹光澤纖維狀或細(xì)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(xiàn)的光澤。,5.蠟狀光澤像石蠟表面呈現(xiàn)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(xì)粒塊體礦物表面所呈現(xiàn)的光澤。,礦物的物理性質(zhì).礦物的透明度,礦物的物理性質(zhì).條痕,礦物的物理性質(zhì).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(xué)成分或內(nèi)部構(gòu)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(zhì)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(zhì)，稱為解理。裂開的光滑平面稱為解理面。不具方向性的不規(guī)則破裂面，稱為斷口。根據(jù)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(dāng)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(xù)，常呈現(xiàn)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(xì)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(jù)解理出現(xiàn)方向的數(shù)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(xiàn)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(jié)構(gòu),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(zhì)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(zhì),磁性：礦物可被磁鐵吸引或本身能吸引鐵屑等物體的性質(zhì)。一些含鐵、鈷、鎳等礦物有磁性，如磁鐵礦。,電性導(dǎo)電性：導(dǎo)體（金屬礦物）、絕緣體（非金屬礦物）、半導(dǎo)體；壓電性：某些礦物晶體具有機(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的能力，如壓電石英。,發(fā)光性：礦物在外來能量（如紫外線、X射線、加熱等）的激發(fā)作用下而發(fā)出可見光的性質(zhì)。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(nèi)容,硅酸鹽礦物,幾種非硅酸鹽礦物,礦物的鑒定主要是運(yùn)用礦物的形態(tài)以及礦物的物理性質(zhì)等特征來鑒定的。對礦物的物理性質(zhì)進(jìn)行測定時，應(yīng)找礦物的新鮮面，風(fēng)化面不能反映真實(shí)情況。在自然界中也有許多礦物，它們之間在形態(tài)、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(diǎn)，鑒別時利用這個特點(diǎn)，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(zhì)，見教材。,黃鐵礦,化學(xué)成分為FeS2，含硫量達(dá)53.45，工業(yè)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(dá)46.55,但遠(yuǎn)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(chǎn)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(jīng)常呈立方體、塊狀集合體。,磁鐵礦,化學(xué)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(qiáng)磁性。,赤鐵礦,化學(xué)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