工程地質(zhì)電子教材(基礎(chǔ)地質(zhì)部分)

PAGEPAGE2第三章礦物和巖石第一節(jié)礦物一、定義：在地質(zhì)作用下形成的具有一定化學(xué)成分和物理性質(zhì)的天然均質(zhì)體，叫礦物。二、物理性質(zhì)：晶體形態(tài)：（二）光學(xué)性質(zhì)：2、條痕：礦物粉末的顏色。（三）力學(xué)性質(zhì)1、硬度：抵抗外力刻劃的能力（在晶面上）摩氏硬度：滑石石膏方解石螢石磷灰石正長石石英黃玉剛玉金剛石123456789102、解理：外力敲擊下，沿結(jié)晶薄弱面平行裂開的性能。三、常見礦物的簡易鑒定1、淺色礦物：石英正長石斜長石方解石白云石白云母石膏滑石硬度大硬度中等硬度小半透明肉紅色灰白色菱面體彎曲菱面體薄片狀絲絹光澤有滑感斷口油脂光澤兩組解理遇HCL起泡遇鎂試劑變蘭珍珠光澤無解理白色彈性2、暗色礦物：橄欖石輝石角閃石黑云母綠泥石硬度大硬度小顆粒狀短柱狀長柱狀薄片狀薄片狀半透明解理交角近90o解理交角124o彈性撓性橄欖綠色多為黑色黑綠色黑色墨綠色珍珠光澤第二節(jié)巖漿巖巖石：造巖礦物的天然集合體。一、巖漿、巖漿作用、巖漿巖1、巖漿：地殼深處局部地段高溫、高壓的熔融物質(zhì)。2、巖漿作用：巖漿形成、演化、運動、直到冷凝成巖的全過程。二、巖漿巖產(chǎn)狀1－巖基；2－巖株；3－巖盤4－巖床；5－巖墻；6－火山頸7－巖鐘；8－巖流；9－俘虜體三、巖漿巖的礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造附：礦物的共生組合關(guān)系（美國：鮑文）2、結(jié)構(gòu)：指巖石中礦物的結(jié)晶程度、顆粒大小、晶體形態(tài)、相互關(guān)系。3、構(gòu)造：巖石中礦物或其它組分在空間的排列與充填方式。四、巖漿巖的分類：噴出巖酸性巖中性巖基性巖超基性巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造流紋巖安山巖玄武巖少見非晶半晶隱晶氣孔、流紋杏仁狀塊狀淺成巖花崗斑巖閃長玢巖輝綠巖少見斑狀微粒塊狀深成巖花崗巖閃長巖輝長巖橄欖巖輝巖細粒中粒粗粒塊狀主要礦物成分(10%以上)石英正長石斜長石角閃石斜長石輝石斜長石橄欖石輝石第三節(jié)沉積巖一、定義：沉積巖是指在地表或近地表的常溫常壓條件下，原巖經(jīng)風(fēng)化、搬運、沉積、成巖作用形成的巖石。二、沉積巖形成過程風(fēng)化作用：指原巖在自然因素作用下（如：水、空氣、太陽能、生物等），產(chǎn)生的機械破碎和化學(xué)成分改變的過程。2、搬運和沉積作用：指各種外營力（如：流水、風(fēng)、冰川、重力、生物等），將風(fēng)化產(chǎn)物搬到低凹地方沉積起來的過程。沉積分異現(xiàn)象上游中游下游海口海盆地漂石、卵石、礫石為主礫石、砂為主砂、土為主土為主鹽類結(jié)晶礦物為主礦物成分復(fù)雜→礦物成分單一成巖作用：指松散沉積物轉(zhuǎn)變?yōu)閳杂矌r石的過程。三、沉積巖的礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造2、結(jié)構(gòu)：主要指顆粒大小和形態(tài)3、構(gòu)造：指組成部分在空間的排列組合方式（1）巖層：指一個基本穩(wěn)定的物理條件（沉積環(huán)境和物質(zhì)來源）下，形成的沉積單位，由成分基本均勻一致的巖石組成的巖石層，層與層之間由層面分開。（2）層理構(gòu)造：指巖層中因成分、粒度、顏色發(fā)生變化而表現(xiàn)出來的紋理。（3）塊狀構(gòu)造：無層理，各向均一。四、沉積巖分類：第四節(jié)變質(zhì)巖一、定義：變質(zhì)巖：指在變質(zhì)作用下形成的新巖石。變質(zhì)作用：指變質(zhì)因素作用下，巖石性質(zhì)發(fā)生改變的過程。二、變質(zhì)作用因素：1、溫度：150℃700℃~成巖作用變質(zhì)作用融化成巖漿地殼淺層：靜壓力小，巖石相對脆性?！ㄏ驂毫υ斐蓭r石、礦物變形、破碎。地殼深層：靜壓力大，巖石相對塑性。→定向壓力造成巖石中礦物平行定向排列，形成片理構(gòu)造。即：礦物在平行壓力方向溶解（壓溶），在垂直壓力方向重結(jié)晶，并平行定向排列。角閃石的排列例如：角閃石的排列閃長巖閃長片麻巖3、化學(xué)活潑性流體：主要為巖漿中逸出的熱水溶液和汽體?！c圍巖產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成新礦物。如：3MgCO3+4SiO2+H2O→Mg[Si4O10][OH]2+3CO2四、變質(zhì)巖的礦物成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。五、變質(zhì)巖分類：（按成因分類）三大巖類簡易區(qū)別巖漿巖沉積巖變質(zhì)巖第四章地質(zhì)年代與第四紀地質(zhì)概述第一節(jié)地質(zhì)年代一、為什么要學(xué)習(xí)地層及地質(zhì)年代：432132123123214321321231232121216521單斜巖層背斜向斜斷層斷層選擇和評價建筑場地：閱讀地質(zhì)圖：地層：將各個地質(zhì)歷史時期形成的巖層，稱為該時代的地層。二、絕對年代法：用巖石中放射性同位素蛻變規(guī)律來確定巖石形成時間。（即蛻變時間）蛻變：放射性元素自形成之日起，就穩(wěn)定地放射出a（粒子）、b（電子）、g（電磁幅射量子）射線，并形成穩(wěn)定的新元素。如：蛻變時間可用下式確定：式中：l——蛻變常數(shù)P——放射性同位素重量D——蛻變后新元素重量最后：用各巖石形成時間，排出各巖石形成的先后順序。（即新老關(guān)系）（最老巖石：南美洲圭亞挪地盾角閃巖（41.3億年），最老化石：藍綠藻（35億年））。三、相對年代法：通過比較各地層的沉積順序、古生物化石特征、地層接觸關(guān)系來確定其形成的先后順序。1、地層層序法：（1）正常層序法：對于正常沉積的巖層，老的在下，新的在上。巖層倒轉(zhuǎn)時關(guān)系相反。（2）標準剖面法：將某地區(qū)的地層按新老關(guān)系排列的剖面，叫該地區(qū)的標準剖面。用標準剖面對比某工點的地層，從而確定該工點地層新老關(guān)系的方法。（3）層面構(gòu)造法：用層面構(gòu)造指示巖層新老關(guān)系的方法。2、古生物法：標準化石：在各個環(huán)境穩(wěn)定時期，分布廣、生存時間短的化石。3、地層接觸關(guān)系法：5454321新老①整合接觸：各地層時代連續(xù)，產(chǎn)狀平行。（反映地殼穩(wěn)定下沉）②平行不整合接觸：各套地層時代不連續(xù)，但產(chǎn)狀平行。656521新底礫巖老③角度不整合接觸：各套地層時代不連續(xù)，產(chǎn)狀不平行。8787新底礫巖老4321（2）沉積巖與巖漿巖之間的接觸關(guān)系：老變質(zhì)暈新①老變質(zhì)暈新②沉積接觸：先侵入、后沉積。新新底礫巖老③巖漿巖之間的接觸關(guān)系：穿插關(guān)系：新巖體穿插老巖體。四、地質(zhì)年代表1、地質(zhì)年代表：（見投影表）→要求按順序背誦地質(zhì)年代表的符號。4.2第四紀地質(zhì)特征一、土和土體的概念1．土(soil)地球表面30－80km厚的范圍是地殼。地殼中原來整體堅硬的巖石，經(jīng)風(fēng)化、剝蝕搬運、沉積，形成固體礦物、水和氣體的集合體稱為土。土是由固體相、液相、氣體三相物質(zhì)組成；或土是由固體相、液體相、氣體相和有機質(zhì)（腐殖質(zhì)）相四相物質(zhì)組成。不同的風(fēng)化作用，形成不同性質(zhì)的土。風(fēng)化作用有下列三種：物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化、生物風(fēng)化。2．“土體”(soilmass)土體不是一般土層的組合體，而是與工程建筑的穩(wěn)定、變形有關(guān)的土層的組合體。土體是由厚薄不等，性質(zhì)各異的若干土層，以特定的上、下次序組合在一起的。二、土和土體的形成和演變地殼表面廣泛分布著的土體是完整堅硬的巖石經(jīng)過風(fēng)化、剝蝕等外力作用而瓦解的碎塊或礦物顆粒，再經(jīng)水流、風(fēng)力或重力作用、冰川作用搬運在適當?shù)臈l件下沉積成各種類型的土體。再搬運過程中，由于形成土的母巖成分的差異、顆粒大小、形態(tài)，礦物成分又進一步發(fā)生變化，并在搬運及沉積過程中由于分選作用形成在成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和性質(zhì)上有規(guī)律的變化。土體沉積后：a.將經(jīng)過生物化學(xué)及物理化學(xué)變化，即成壤作用，形成土壤（1）靠近地表的土體b.未形成土壤的土，繼續(xù)受到風(fēng)化、剝蝕、侵蝕而再破碎、再搬運、再沉積等地質(zhì)作用。（2）時代較老的土，在上覆沉積物的自重壓力及地下水的作用下，經(jīng)受成巖作用，逐漸固結(jié)成巖，強度增高，成為“母巖”?？傊馏w的形成和演化過程，就是土的性質(zhì)和變化過程，由于不同的作用處于不同的作用階段，土體就表現(xiàn)出不同的特點。三、土的基本特征及主要成因類型（一）土的基本特征從工程地質(zhì)觀點分析，土有以下共同的基本特征：1．土是自然歷史的產(chǎn)物土是由許多礦物自然結(jié)合而成的。它在一定的地質(zhì)歷史時期內(nèi)，經(jīng)過各種復(fù)雜的自然因素作用后形成各類土的形成時間、地點、環(huán)境以及方式不同，各種礦物在質(zhì)量、數(shù)量和空間排列上都有一定的差異，其工程地質(zhì)性質(zhì)也就有所不同。2．土是相系組合體土是由三相（固、液、氣）或四相（固、液、氣、有機質(zhì)）所組成的體系。相系組成之間的變化,將導(dǎo)致土的性質(zhì)的改變。土的相系之間的質(zhì)和量的變化是鑒別其工程地質(zhì)性質(zhì)的一個重要依據(jù)。它們存在著復(fù)雜的物理～化學(xué)作用。3．土是分散體系由二相或更多的相所構(gòu)成的體系，其一相或一些相分散在另一相中，謂之分散體系。根據(jù)固相土粒的大小程度(分散程度)，土可分為=1\*GB3①粗分散體系（大于2μ），=2\*GB3②細分散體系，（2～0.1μ），=3\*GB3③膠體體系（0.1～0.01μ），=4\*GB3④分子體系（小于0.01μ）。分散體系的性質(zhì)隨著分散程度的變化而改變。粗分散與細分散和膠體體系的差別很大。細分散體系與膠體具有許多共性，可將它們合在一起看成是土的細分散部分。土的細分散部分具有特殊的礦物成分，具有很高的分散性和比表面積，因而具有較大的表面能。任何土類均儲備有一定的能量，在砂土和粘土類土中其總能量系由內(nèi)部儲量與表面能量之和構(gòu)成，即：E總＝E內(nèi)＋E表4．土是多礦物組合體在一般情況下，土將含有5～10種或更多的礦物，其中除原生礦物外，次生粘土礦物是主要成分。粘土礦物的粒徑很?。ㄐ∮?.002mm），遇水呈現(xiàn)出膠體化學(xué)特性。（二）土體的主要成因類型按形成土體的地質(zhì)營力和沉積條件（沉積環(huán)境），可將土體劃分為若干成因類型：如殘積、坡積、洪積……現(xiàn)就介紹幾種主要的成因類型、土體的性質(zhì)成分及其工程地質(zhì)特征。1．殘積土體的工程地質(zhì)特征殘積土體是由基巖風(fēng)化而成，未經(jīng)搬運留于原地的土體。它處于巖石風(fēng)化殼的上部，是風(fēng)化殼中劇風(fēng)化帶。殘積土一般形成剝蝕平原殘積土層（）：影響殘積土工程地質(zhì)特征因素主要是氣候條件和母巖的巖性：1）氣候因素氣候影響著風(fēng)化作用類型從而使得不同氣候條件不同地區(qū)的殘積土具有特定的粒度成分、礦物成分、化學(xué)成分。=1\*GB3①干旱地區(qū)：以物理風(fēng)化為主，只能使巖石破碎成粗碎屑物和砂礫，缺乏粘土礦物，具有礫石類土和工程地質(zhì)特征。=2\*GB3②半干旱地區(qū)：在物理風(fēng)化的基礎(chǔ)上發(fā)生化學(xué)變化，使原生的硅酸鹽礦物變成粘土礦物；但由于雨量稀少，蒸汽量大，故土中常含有較多的可溶鹽類；如碳酸鈣、硫酸鈣等。=3\*GB3③潮濕地區(qū)：a、在潮濕而溫暖，排水條件良好的地區(qū)，由于有機質(zhì)迅速腐爛，分解出CO2，有利于高嶺石的形成。b、在潮濕溫暖而排水條件差的地區(qū)，則往往形成蒙脫石?？梢姡簭母珊怠敫珊档貐^(qū)至潮濕地區(qū)，土的顆粒組成由粗變細；土的類型從礫石類土過渡到砂類土、粘土。2）.母巖因素母巖的巖性影響著殘積土的粒度成分和礦物成分；酸性火成巖含較多的粘土礦物，其巖性為粉質(zhì)粘土或粘土；中性或基性火成巖易風(fēng)化成粉質(zhì)粘土；沉積巖大多是松軟土經(jīng)成巖作用后形成的，風(fēng)化后往往恢復(fù)原有松軟土的特點，如：粘土巖粘土；細砂巖細砂土等。殘積物的厚度在垂直方向和水平方向變化較大；這主要與沉積環(huán)境、殘積條件有關(guān)（山丘頂部因侵蝕而厚度較小；山谷低洼處則厚度較大。）殘積物一般透水性強，以致殘積土中一般無地下水。2．坡積土體的工程地質(zhì)特征坡積土（）坡積土體是殘積物經(jīng)雨水或融化了的雪水的片流搬運作用，順坡移動堆積而成的，所以其物質(zhì)成分與斜坡上的殘積物一致。坡積土體與殘積土體往往呈過渡狀態(tài)，其工程地質(zhì)特征也很相似。=1\*GB3①巖性成分多種多樣；=2\*GB3②一般見不到層理；=3\*GB3③地下水一般屬于潛水，有時形成上層滯水=4\*GB3④坡積土體的厚度變化大，由幾厘米至一二十米，在斜坡較陡處薄，在坡腳地段厚。一般當斜坡的坡角越陡時，坡腳坡積物的范圍越大。3．洪積土體的工程地質(zhì)特征洪積土體是暫時性、周期性地面水流——山洪帶來的碎屑物質(zhì)，在山溝的出口地方堆積而成。洪積土體多發(fā)育在干旱半干旱地區(qū)，如我國的華北、西北地區(qū)。沖刷作用及洪積層（）：其特征為：距山口越近顆粒越粗，多為塊石、碎石、礫石和粗砂，分選差，磨圓度低、強度高，壓縮性小；（但孔隙大，透水性強）距山口越遠顆粒越細，分選好，磨圓度高，強度低，壓縮性高。此外：洪積土體具有比較明顯的層理（交替層理、夾層、透鏡體等）；洪積土體中地下水一般屬于潛水。4．沖積土體的工程地質(zhì)特征沖積土體是由于河流的流水作用，將碎屑物質(zhì)搬運堆積在它侵蝕成的河谷內(nèi)而形成的。沖積土體主要發(fā)育在河谷內(nèi)以及山區(qū)外的沖積平原中，一般可分為三個相：即河床相，河漫灘相、牛軛湖相。沖積土（）：源頭源頭剝蝕夷平面剝蝕夷平面搬運和沉積：→沖積層（）：洪水位洪水位1）河床相：主要分布在河床地帶，沖積土一般為砂土及礫石類土，有時也夾有粘土透鏡體，在垂直剖面上土粒由下到上，由粗到細，成分較復(fù)雜，但磨圓度較好。山區(qū)河床沖積土厚度不大，一般為10米左右；而平原地區(qū)河床沖積土則厚度很大，一般超過幾十米，其沉積物也較細。河床相物質(zhì)是良好的天然地基。2）河漫灘相沖積土是由洪水期河水將細粒懸浮物質(zhì)帶到河漫灘上沉積而成的。一般為細砂土或粘土，覆蓋于河床相沖積土之上。常為上下兩層結(jié)構(gòu)，下層為粗顆粒土，上層為泛濫的細顆粒土。3）牛軛湖相沖積土是在廢河道形成的牛軛湖中沉積下來的松軟土。由含有大量有機質(zhì)的粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)砂土、細砂土組成，沒有層理。河口沖積土：由河流攜帶的懸浮物質(zhì)，如粉砂、粘粒和膠體物質(zhì)在河口沉積的一套淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土或淤泥，形成河口三角洲。往往作為港口建筑物的地基。另外，還有很多類型：冰川、崩積、風(fēng)積、海洋沉積、火山等等。4．湖積土體的工程地質(zhì)特征湖積土體在內(nèi)陸分布廣泛，一般分為淡水湖積土和咸水湖積土。淡水湖積土：分為湖岸土和湖心土兩種。湖岸多為礫石土、砂土或粉質(zhì)砂土；湖心土主要為靜水沉積物，成分復(fù)雜，以淤泥、粘性土為主，可見水平層理。咸水湖積物以石膏、巖鹽、芒硝及RCO3巖類為主，有時以淤泥為主。=1\*GB3①分布面積有限，且厚度不大總之，湖積土體具有以下工程地質(zhì)特征=2\*GB3②具獨特的產(chǎn)狀條件=3\*GB3③粘土類湖積物常含有機質(zhì)、各種鹽類及其它混合物=4\*GB3④具層理性，具各向異性

第五章構(gòu)造地質(zhì)第一節(jié)地殼運動及地質(zhì)作用的概念一、地殼運動的概念→指地球內(nèi)力引起巖石圈產(chǎn)生的機械運動。二、地質(zhì)作用的概念→指自然動力引起地球物質(zhì)組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、地表形態(tài)發(fā)生變化的作用。第二節(jié)巖層及巖層產(chǎn)狀傾斜巖層褶皺傾斜巖層褶皺斷層走向傾角傾向αα走向傾角傾向ααAOBDD’p二、巖層產(chǎn)狀：指巖層在空間的產(chǎn)出狀態(tài)。真傾角（α）：巖層在野外的傾角。視傾角（β）：巖層在剖面上的傾角。（θ為剖面線與巖層走向線所夾銳角）走向EN走向ENWS45o30o（1）測量：用地質(zhì)羅盤儀測量。傾向傾向走向傾向傾向走向N135o30oN45oE∠30osE走向傾角傾向135o∠30o傾向傾角（3）圖示：正常巖層：30o；倒轉(zhuǎn)巖層：30o第三節(jié)地層概念一、為什么要學(xué)習(xí)地層及地質(zhì)年代：432132123123214321321231232121216521單斜巖層背斜向斜斷層斷層選擇和評價建筑場地：閱讀地質(zhì)圖：地層：將各個地質(zhì)歷史時期形成的巖層，稱為該時代的地層。二、絕對年代法：用巖石中放射性同位素蛻變規(guī)律來確定巖石形成時間。（即蛻變時間）蛻變：放射性元素自形成之日起，就穩(wěn)定地放射出a（粒子）、b（電子）、g（電磁幅射量子）射線，并形成穩(wěn)定的新元素。如：蛻變時間可用下式確定：式中：l——蛻變常數(shù)P——放射性同位素重量D——蛻變后新元素重量最后：用各巖石形成時間，排出各巖石形成的先后順序。（即新老關(guān)系）（最老巖石：南美洲圭亞挪地盾角閃巖（41.3億年），最老化石：藍綠藻（35億年））。三、相對年代法：通過比較各地層的沉積順序、古生物化石特征、地層接觸關(guān)系來確定其形成的先后順序。1、地層層序法：（1）正常層序法：對于正常沉積的巖層，老的在下，新的在上。巖層倒轉(zhuǎn)時關(guān)系相反。（2）標準剖面法：將某地區(qū)的地層按新老關(guān)系排列的剖面，叫該地區(qū)的標準剖面。用標準剖面對比某工點的地層，從而確定該工點地層新老關(guān)系的方法。（3）層面構(gòu)造法：用層面構(gòu)造指示巖層新老關(guān)系的方法。2、古生物法：標準化石：在各個環(huán)境穩(wěn)定時期，分布廣、生存時間短的化石。3、地層接觸關(guān)系法：5454321新老①整合接觸：各地層時代連續(xù)，產(chǎn)狀平行。（反映地殼穩(wěn)定下沉）②平行不整合接觸：各套地層時代不連續(xù)，但產(chǎn)狀平行。656521新底礫巖老③角度不整合接觸：各套地層時代不連續(xù)，產(chǎn)狀不平行。8787新底礫巖老4321（2）沉積巖與巖漿巖之間的接觸關(guān)系：老變質(zhì)暈新①老變質(zhì)暈新②沉積接觸：先侵入、后沉積。新新底礫巖老③巖漿巖之間的接觸關(guān)系：穿插關(guān)系：新巖體穿插老巖體。四、地質(zhì)年代表1、地質(zhì)年代表：（見投影表）→要求按順序背誦地質(zhì)年代表的符號。第四節(jié)褶皺構(gòu)造一、基本概念：褶皺：在構(gòu)造運動作用下，巖層產(chǎn)生的連續(xù)彎曲現(xiàn)象。褶曲：褶皺中的單個彎曲。背斜：巖層向上彎曲。地層對稱重復(fù)，中間老，兩邊新。向斜：巖層向下彎曲。地層對稱重復(fù)，中間新，兩邊老。二、褶曲要素：核部：褶曲中心部位的巖層。翼部：褶曲兩側(cè)部位的巖層。軸面：通過核部，大致平分兩翼的假想平面。軸線：軸面與水平面的交線。樞紐：軸面與巖層面的交線。（最大彎曲點的連線）。脊線：褶曲最高點的連線。槽線：褶曲最低點的連線。三、褶曲分類：四、褶曲的判別：——（基本類型、按橫剖面分類、按縱剖面分類）水平傾斜背斜傾伏傾斜背斜第五節(jié)斷裂構(gòu)造一、節(jié)理1、節(jié)理分類aa二、節(jié)理調(diào)查內(nèi)容：（1）節(jié)理成因類型和力學(xué)性質(zhì)。（2）節(jié)理組數(shù)、密度、產(chǎn)狀。密度一般用條／米表示。（3）節(jié)理張開度、長度、節(jié)理面壁粗糙度。（4）節(jié)理充填物、充填厚度、含水情況。（5）節(jié)理發(fā)育程度分級。三、斷層：2、斷層分類：（1）按斷層兩盤相對運動方向分類：地層不對稱重復(fù)斷層面斷層線①正斷層：上盤相對下降的斷層。（符號表示為：地層不對稱重復(fù)斷層面斷層線老新老新地層不對稱缺失②逆斷層、上盤相對上升的斷層。（符號表示為）地層不對稱缺失新老新老③平移斷層：兩盤水平錯動。（符號表示為）（2）按斷層面產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀的關(guān)系分類：（3）按斷層面產(chǎn)狀與褶曲軸線走向關(guān)系分類：3、斷層的判別：（很重要）（2）斷層性質(zhì)：→尋求兩盤運動方向，并據(jù)此確定斷層性質(zhì)。老老新