项目一　工程地质评价

任务一　岩石及其工程地质性质评价

任务导入

水利史上有个非常著名的失事事故，1926年建成的美国加利福尼亚州高约70m的圣·弗朗西斯混凝土坝，两年后被冲垮。事后查明，坝基一部分位于倾向河谷的片岩上，另一部分位于黏土充填的砾岩上，砾岩含有石膏脉。水库蓄水后，砾岩中的石膏遇水溶解，砾岩中的胶结物很快崩解，渗透水流将其淘蚀冲刷，引起大坝失事。

可见，岩石性质不同，对水利工程地质环境的影响也不同，我们要在地壳上建造水工建筑物，就要对组成地壳的各种矿物和岩石的性质非常熟悉。

任务：1.认识常见的造岩矿物。

　　　2.认识和评价常见的岩石。

知识准备

（1）矿物的物理性质。

（2）常见的造岩矿物。

（3）三大类岩石的定义及其形成过程。

（4）三大类岩石的特征。

（5）三大类岩石的相互转化。

模块一　地球概述

地球是宇宙中沿一定轨道运转的由不同状态的不同物质的同心圈层组成的椭球体。按组成地球物质的形态不同，可将地球划分为内圈层和外圈层。

1.地球内圈层

地球的内部分为三个圈层，从外到内分别是地壳、地幔和地核，如图1－1所示。

（1）地壳——地球内圈层最外部的一层薄壳，约占地球体积的0.5%，平均厚度为33km，主要由固体岩石组成。组成地壳的物质主要是地球中比较轻的硅、镁、铝等物质。地壳最薄处约1.6km（在海底海沟沟底处），海底部分厚约6～10km。

（2）地幔——地壳与地幔的分界面称为莫霍面，自莫霍面以下至深度约2900km的范围，约占地球体积的83.3%，主要由含铁、锰较多的硅酸盐组成。

（3）地核——地幔以下为地核，被分为外地核、过渡层和内地核三层。地核的总质量约占整个地球质量的31.5%，体积占16.2%。

组成地壳的化学元素有百余种，但各元素的含量极不均匀，其中最主要的是下列10种，它们占地壳总质量的99.96%，它们的质量百分率如下：氧（O）46.95%，硅（Si）27.88%，铝（Al）8.31%，铁（Fe）5.17%，钙（Ca）3.65%，钠（Na）2.78%，钾（K）2.58%，镁（Mg）2.06%，钛（Ti）0.62%，氢（H）0.14%；其余的是磷、锰、氮、硫、钡、氯等近百种元素。

地壳中的化学元素常随环境的改变而不断地变化。元素在一定地质条件下形成矿物。矿物的自然集合体则是岩石。组成地壳的岩石按成因可分为岩浆岩（火成岩）、沉积岩和变质岩三大类。它们在地壳中的分布并不均匀。从各类岩石在地壳表面的分布面积看，沉积岩约占陆地面积的75%，变质岩和岩浆岩占25%。从地表往下，沉积岩所占比例逐渐减小。若按质量百分比计算，沉积岩仅占地壳质量的5%，变质岩占6%，而岩浆岩占89%。不同成因的岩石的形成条件、物质成分、结构和构造各不相同，故它们的物理力学性质也不一样。这些都关系到工程建设的规划、设计和施工。

2.地球外圈层

地球外圈层分为大气圈、水圈和生物圈三部分。

（1）大气圈：氮气约占空气总容积的78%，氧气约占空气总容积的21%。地球的大气圈按距离地球表面由近至远依次划分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。

（2）水圈：地球上的水是由地球诞生初期弥漫在大气层中的水蒸气慢慢凝结形成的，总水量约1.4×109km3。水圈主要由海洋构成，海洋的面积约占地球表面积的71%，海洋水约占地球总水量的97.3%。

（3）生物圈：地球上动物、植物和微生物所存在和活动的范围称为生物圈。

模块二　造岩矿物

矿物是在各种地质作用中所形成的具有相对固定化学成分和物理性质的均质物体，是组成岩石的基本单位。绝大多数矿物为固态，只有极少数呈液态（自然汞）和气态（如火山喷气中的CO2、SO2等）。已发现的矿物约有3000多种，但组成岩石的主要矿物仅为20～30种，这些组成岩石主要成分的矿物称为造岩矿物，如石英、方解石及正长石等。

1.矿物的形态

矿物的形态是指矿物的外形特征，一般包括矿物单体及同种矿物集合体的形态。矿物形态受其内部构造、化学成分和生成时的环境制约。

（1）单体形态。大多数造岩矿物是结晶质，少数为非晶质。结晶质矿物内部质点（原子、分子或离子）在三维空间有规律重复排列，若无外界条件限制、干扰，则可生成被若干天然平面所包围的固定几何形态。这种有固定几何形态的结晶称为晶体，如岩盐呈立方体，水晶呈六方柱和六方锥等。上述的黏土矿物也是典型的结晶质矿物。在结晶质矿物中，还可以根据肉眼能否分辨而分为显晶质和隐晶质两类。

非晶质矿物的内部质点排列无规律性，故没有规则的外形。常见的非晶质矿物有玻璃矿物和胶体矿物两种，如火山玻璃是高温熔融状的火山物质经迅速冷却而成的，蛋白石是由硅胶凝聚而成的。

常见的矿物单晶体形态有：①片状、鳞片状——如云母、绿泥石等；②板状——如长石、板状石膏等；③柱状——如角闪石（长柱状）、辉石（短柱状）等；④立方体状——如岩盐、方铅矿、黄铁矿等；⑤菱面体状——如方解石、白云石等。

（2）矿物集合体形态。同种矿物多个单体聚集在一起的整体就是矿物的集合体。矿物的集合体的形态取决于单体的形态和它们的集合方式。集合体按矿物结晶粒度大小进行分类，肉眼可分辨其颗粒的叫显晶质矿物集合体，肉眼不能辨认的则叫做隐晶质矿物集合体或非晶质矿物集合体。

常见的矿物集合体形态有：①粒状——如橄榄石等；②纤维状——如石棉、纤维石膏等；③肾状、鲕状——如赤铁矿等；④钟乳状——如褐铁矿等；⑤土状——如高岭石等；⑥块状——如石英等。

2.矿物的物理性质

由于成分和结构的不同，每种矿物都有自己特有的物理性质。所以矿物物理性质是鉴别矿物的主要依据。

（1）颜色。颜色是矿物对不同波长可见光吸收程度不同的反映。它是矿物最明显、最直观的物理性质。根据成色原因可分为自色和他色等。自色是由矿物本身固有的成分、结构所决定的颜色，具有鉴定意义，例如黄铁矿的浅铜黄色。他色则是某些透明矿物混有不同杂质或其他原因引起的。

（2）条痕。条痕是矿物粉末的颜色，一般是指矿物在白色无釉瓷板（条痕板）上划擦时所留下的粉末的颜色。某些矿物的条痕与矿物的颜色是不同的，如黄铁矿的颜色为浅黄铜色，而条痕为绿黑色。条痕比矿物的颜色更为固定，但只适用于一些深色矿物，对浅色矿物无鉴定意义。

（3）透明度。透明度是指矿物允许光线透过的程度。肉眼鉴定矿物时，一般可分成透明、半透明、不透明三级。这种划分无严格界限，鉴定时以矿物的边缘较薄处为准。透明度常受矿物厚薄、颜色、包裹体、气泡、裂隙、解理以及单体和集合体形态的影响。

（4）光泽。光泽是矿物表面反射光线时表现的特点。根据矿物表面反光能力的强弱，用类比方法常分为四个等级：金属光泽、半金属光泽、金刚光泽及玻璃光泽。另外，由于矿物表面不平或集合体形态的不同等，可形成某种独特的光泽，如丝绢光泽、脂肪光泽、蜡状光泽、珍珠光泽、土状光泽等。矿物遭受风化后，光泽强度就会有不同程度的降低，如玻璃光泽变为脂肪光泽等。

（5）解理和断口。矿物在外力作用（敲打或挤压）下，沿着一定方向破裂并产生光滑平面的性质称为解理。这些平面称为解理面。根据解理产生的难易和肉眼所能观察的程度，可将矿物的解理分成五个等级：最完全解理、完全解理、中等解理、不完全解理、最不完全解理。不同种类的矿物，其解理发育程度不同，有些矿物无解理，有些矿物有一向或数向程度不同的解理。如云母有一向解理，长石有二向解理，方解石则有三向解理。

如果矿物受外力作用，无固定方向破裂并呈各种凹凸不平的断面，则称为断口，断口有时可呈一种特有的形状，如贝壳状、锯齿状、参差状等。

（6）硬度。硬度指矿物抵抗外力的刻划、压入或研磨等机械作用的能力。在鉴定矿物时常用一些矿物互相刻划比较来测定其相对硬度，一般用10种矿物分为10个相对等级作为标准，称为摩氏硬度计，见表1－1。实际工作中还可以用常见的物品来大致测定矿物的相对硬度，如指甲硬度为2～2.5度，玻璃约为5.5～6度，小钢刀为5～5.5度。

（7）其他性质。相对密度、磁性、电性、发光性、弹性和挠性、脆性和延展性等性质对于鉴定某些矿物有时也是十分重要的。利用与稀盐酸反应的程度，对于鉴定方解石、白云石等矿物是有效的手段之一。

3.造岩矿物简易鉴定方法

正确地识别和鉴定矿物，对于岩石命名、鉴定和研究岩石的性质，是一项不可或缺且非常重要的工作。准确的鉴定方法需借助各种仪器或化学分析，最常用的为偏光显微镜、电子显微镜等。但对于一般常见矿物，用简易鉴定方法（或称肉眼鉴定方法）即可进行初步鉴定。所谓简易鉴定方法，即借助一些简单的工具，如小刀、放大镜、条痕板等，对矿物进行直接观察、测试。为了便于鉴定，表1－2列出了常见造岩矿物的主要特征。

4.对水工建筑影响较大的几种矿物特征

在实际工作中，对水工建筑影响较大的几种造岩矿物的特征，在评价岩石性质时，有着特别重要的意义。如黑云母比白云母容易风化，风化后失去弹性而呈松散状态，降低了岩石的强度。当岩石含云母多且呈定向排列时，则沿此方向易产生滑动，直接影响水工建筑物的稳定。绿泥石的特性与云母类似，薄片状具有挠性，抗滑性能很低。石膏与硬石膏皆能溶于水，当石膏呈夹层状于岩层之间、形成软弱夹层时，在流水的作用下，可被溶解带走，岩石强度显著降低，透水性大大增强；硬石膏遇水作用后变为石膏，体积将膨胀60%。因此，含有石膏和硬石膏夹层的岩石要避免作为水工建筑物地基。黄铁矿易风化而析出硫酸，对钢筋和混凝土具有侵蚀作用，故含黄铁矿较多的岩石不宜作为建筑物的地基和建筑材料。黏土矿物（包括高岭石、蒙脱石和水云母等）硬度小、吸水性强，吸水后体积膨胀，易软化，具有可塑性，上述性质中的吸水性以蒙脱石吸水后体积膨胀为最大。因此，黏土矿物具有高压缩性，易于引起建筑物较大的沉降，吸水后其强度大大降低，因而由黏土质岩石构成的斜坡和地基在水的作用下容易失稳破坏。

模块三　岩浆岩

1.岩浆岩的成因与产状

岩浆岩又称火成岩，是由岩浆凝固后形成的岩石。岩浆是上地幔或地壳深处部分熔融的产物，绝大多数岩浆成分以硅酸盐为主，含有挥发组分，也可以含有少量固体物质，是高温黏稠的熔浆流体。根据岩浆中SiO2的相对含量的多少，可以把岩浆分为酸性岩浆、中性岩浆、基性岩浆和超基性岩浆。基性岩浆的特点富含铁、镁氧化物，而钠、钾氧化物和硅酸含量较少，黏性小、温度高、流动性大。酸性岩浆的特点是富含钾、钠氧化物和硅酸，而铁、镁和钙的氧化物较少，黏性较大、温度低、流动性小。

岩浆主要通过地壳运动，沿地壳薄弱地带上升、冷却、凝结。其中侵入到周围岩层（简称围岩）中形成的岩浆岩称为侵入岩。根据形成深度，侵入岩又可分为深成岩（形成深度约大于5km）和浅成岩（形成深度约小于5km）。而岩浆喷出地表形成的岩浆岩则称为喷出岩，包括火山碎屑岩和熔岩。其中，后者是岩浆沿火山通道喷溢地表冷凝固结而形成的。

岩浆岩的产状是指岩浆岩体的形态、规模、与围岩接触关系、形成时所处的地质构造环境及距离当时地表的深度等方面的特征。所谓岩体是指在天然产出条件下，含有诸如裂隙、节理、层理、断层等的原位岩石。岩浆岩的产状可分为两大类（图1－2）。

（1）侵入岩体产状。

1）岩基。岩基是规模庞大的岩浆岩体，其分布面积一般大于100km2，与围岩接触面不规则。构成岩基的岩石多是花岗岩或花岗闪长岩等，岩性均匀稳定，是良好的建筑地基，如三峡坝址区就是选定在面积约200多km2的花岗岩－闪长岩岩基的南部。

2）岩株。岩株是形体较岩基小的岩浆岩体，面积小于100km2，平面上成圆形或不规则状，岩株边缘常有一些不规则的树枝状岩体冲入围岩中，岩株有时是岩基的一部分，主要由中、酸性岩组成，也常是岩性均一的良好地基。

3）岩盘。又称岩盖，是一种中心厚度较大，底部较平，顶部穹隆状的层间侵入体，由中、酸性岩构成。岩体边缘与围岩岩层是平行的，分布范围可达数平方公里。

4）岩床。岩浆沿原有岩层层面侵入、延伸且分布厚度稳定的层状侵入体称为岩床，主要由基性岩构成。常见的厚度多为几十厘米至几米，延伸长度多为几百米至几千米。

5）岩脉和岩墙。岩脉是沿岩体裂隙侵入形成的狭长形岩浆岩体，与围岩层理等斜交。岩墙是沿岩层裂隙或断层侵入形成的近于直立的板状岩浆岩体。岩墙与围岩之间通常没有成因上的联系。而近似岩墙的岩脉与围岩之间有成因上的密切关系。

（2）喷出岩体产状。

喷出岩的产状与火山喷发方式和喷出物的性质有关，主要有以下两种类型：

1）中心式喷发。指岩浆沿着一定的圆管状管道喷出地表，它是近代火山活动最常见的喷发形式之一。随着中、酸性熔浆喷发常有强烈的爆炸现象。而基性熔浆则属于宁静式喷发。常见的形状是火山喷发物——熔岩和火山碎屑物围绕火山通道堆积形成的锥状体，称为火山锥。火山锥全部由火山碎屑物质组成的称为火山碎屑锥；全部由熔岩组成的称为熔岩锥；有火山碎屑也有熔岩的称为混合锥或层状火山锥。黏度较小的基性熔岩常自火山口沿某一方向流出，形成熔岩流。

2）裂隙式喷发。岩浆沿一定方向的断裂活动溢出地表，若喷发的是黏度小的基性熔浆，则常常沿地面流动，形成面积广大的熔岩被，如云、贵、川交界处面积广泛的峨嵋玄武岩。黏度较大的熔浆可形成火山锥，或熔渣堤、熔岩脊。

岩浆冷凝会使体积收缩，从而在岩体中产生一些裂隙，这些裂隙称为原生节理，它们常有一定的规律性和一定的形态、排列、分布，如玄武岩中常有直立的六边形等柱状节理。

节理的存在，为地下水提供了贮存和运移的通道，破坏了岩体的完整性，加速了岩体的风化，从而导致岩体物理力学性质的降低。这对建筑物的稳定不利。此外，岩浆岩体与围岩的接触带也常是节理发育、岩性较差的地带。

2.岩浆岩的矿物成分

岩浆岩主要由SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O、K2O和H2O等氧化物组成。其中SiO2是最多且最重要的，它是反映岩浆性质和直接影响岩浆岩矿物成分变化的主要因素。常依SiO2含量，将岩浆岩划分为超基性岩（SiO2含量小于45%）、基性岩（SiO2含量为45%～52%）、中性岩（SiO2含量为52%～65%）和酸性岩（SiO2含量大于65%）。

从超基性岩至酸性岩，随着SiO2含量的增加，FeO、MgO的含量逐渐减少；K2O、Na2O的含量逐渐增加；CaO和Al2O3的含量由超基性的纯橄榄岩至基性的辉长岩增加较多，随后向酸性的花岗岩则减少。

岩浆岩的矿物成分既反映岩石的化学成分和生成条件，是岩浆岩分类命名的主要依据之一，同时，矿物成分也直接影响岩石的工程地质性质。所以，在研究岩石时要重视矿物的组成和识别鉴定。组成岩浆岩的常见矿物大约有20多种，按其颜色及化学成分的特点可分为浅色矿物和深色矿物两类。浅色矿物富含硅、铝成分，如正长石、斜长石、石英、白云母等；深色矿物富含铁、镁物质，如黑云母、辉石、角闪石、橄榄石等。但对某一具体岩石来讲，并不是这些矿物都同时存在，而是通常仅由两到三种主要矿物组成。例如，辉长岩主要由斜长石和辉石组成；花岗岩则主要由正长石、石英和黑云母组成。

3.岩浆岩的结构

岩浆岩的结构是指岩石中矿物的结晶程度、晶粒大小、晶粒形状以及它们的相互组合关系。岩浆岩的结构特征，是岩浆成分和岩浆冷凝时的物理环境的综合反映。它是区分和鉴定岩浆岩的重要标志之一，同时也直接影响岩石的力学性质。岩浆岩的结构分类如下。

（1）按岩石中矿物结晶程度划分。

1）全晶质结构。岩石全部由结晶矿物所组成，如图1－3中的a所示，多见于深成岩中，如花岗岩。

2）半晶质结构。由结晶的矿物和非晶质矿物组成，如图1－3中的b所示，这种结构主要为浅成岩具有的结构，有时在喷出岩中也能见到。

3）玻璃质（非晶质）结构。岩石几乎全部由玻璃质所组成，如图1－3中的c所示，多见于喷出岩中，如黑曜岩、浮岩等，是岩浆迅速上升至地表时由于温度骤然下降，来不及结晶所致。

（2）按岩石中矿物颗粒的绝对大小划分。

1）显晶质结构。凭肉眼观察或借助于放大镜能分辨出岩石中的矿物晶体颗粒。按矿物颗粒的直径大小划分如下：

粗粒结构——晶粒直径＞5.0mm。

中粒结构——1.0mm≤晶粒直径≤5.0mm。

细粒结构——0.1mm＜晶粒直径＜1.0mm。

2）隐晶质结构。晶粒直径小于0.1mm，肉眼和放大镜均不能分辨，在显微镜下才能看出矿物晶粒特征，岩石呈致密状。这是浅成侵入岩和熔岩中常有的一种结构。

（3）按岩石中矿物颗粒的相对大小划分。

1）等粒结构。是岩石中同种主要矿物的颗粒粗细大致相等的结构。

2）不等粒结构。是岩石中同种主要矿物的颗粒大小不等，且粒度大小成连续变化系列的结构。

3）斑状结构及似斑状结构。岩石由两组直径相差甚大的矿物颗粒组成，其大晶粒散布在细小晶粒中，大的叫作斑晶，细小的和不结晶的玻璃质叫作基质。基质为隐晶质及玻璃质的，称为斑状结构；基质为显晶质的，则称为似斑状结构。斑状结构为浅成岩及部分喷出岩所特有的结构。其形成原因是斑晶先形成于地壳深处，而基质是后来含斑晶的岩浆上升至地壳较浅处或喷溢地表后才形成的。似斑状结构主要分布于某些深成侵入岩中。似斑状结构的斑晶和基质，同时形成于相同环境。

4.岩浆岩的构造

岩浆岩的构造是指岩石中的矿物集合体的形状、大小、排列和空间分布等所反映出来的岩石构成的特征。常见的岩浆岩构造有如下几种。

（1）块状构造。其特点是岩石在成分和结构上是均匀的，无定向排列，是岩浆岩中最常见的一种构造。

（2）流纹构造。流纹构造是由不同颜色的矿物、玻璃质和拉长的气孔等沿熔岩流动方向作定向排列所形成的一种流动构造。它是酸性熔岩中最常见的一种构造。

（3）气孔构造。岩浆喷出地表后，由于压力骤降导致挥发组分的大量出溶，出溶的气体上升、汇集、膨胀，可在熔岩中，尤其是熔岩流的上部形成大量的圆形、椭圆形或管状孔洞，称为气孔构造。

（4）杏仁状构造。熔岩流中的气孔被石英、方解石、绿泥石等次生矿物充填，形似杏仁，称为杏仁状构造。如北京三家店一带的辉绿岩就具有典型的杏仁状构造。

5.岩浆岩的分类及简易鉴定方法

（1）岩浆岩的分类。自然界中的岩浆岩种类繁多，它们之间存在着矿物成分、结构、构造、产状及成因等方面的差异，因而其工程地质性质也有明显的差别。因此，将岩浆岩进行分类，对鉴定、识别和了解岩浆岩的工程地质特性，具有重要的意义。

岩浆岩的分类依据，主要为岩石的化学成分、矿物组成、结构、构造、形成条件和产状等。首先，根据岩浆岩的化学成分（主要是SiO2的含量）及由化学成分所决定的岩石中矿物的种类与含量关系，将岩浆岩分成酸性岩、中性岩、基性岩及超基性岩。其次，根据岩浆岩的形成条件将岩浆岩分为喷出岩、浅成岩和深成岩。在此基础上，再进一步考虑岩浆岩的结构、构造、产状等因素。据此划分的岩浆岩的主要类型见表1－3。

（2）岩浆岩的简易鉴定方法。在野外进行鉴定时，首先观察岩体的产状等，判定是不是岩浆岩及属何种产状类型。然后观察岩石的颜色以初步判断岩石的类型。含深色矿物多、颜色较深的，一般为基性或超基性岩；含深色矿物少、颜色较浅的，一般为酸性或中性岩。相同成分的岩石，隐晶质的较显晶质的颜色要深一些。应注意岩石总体的颜色，并应在岩石的新鲜面上观察。接着观察岩石中矿物的成分、组合及特征，并估计每种矿物的含量，即可初步确定岩石属于何种大类。进一步观察岩石的结构、构造特征，区别是喷出岩还是浅成岩或深成岩。最后综合分析，据表1－3确定岩石的名称。

上述直接观察鉴定岩石的方法，可简便快速地大致鉴定出大多数岩石的类别和名称，但有些岩石，特别是结晶颗粒细小的岩石，用这种方法是难以鉴别的。这时，若要准确地定出岩石的名称，则必须借助于一些精密仪器，最常用的是偏光显微镜。

6.主要岩浆岩的特征

（1）深成岩。深成岩常形成岩基等大型侵入体，岩性一般较均一，以中、粗粒结构为主，致密坚硬，孔隙率小，透水性弱，抗水性强，故深成岩体常被选为理想的水工建筑场地。但有些岩体风化层很厚（＞100m），须采取处理措施。此外，深成岩经过多期地壳变动影响，其完整性和均一性受到破坏，且有些节理、裂隙被黏土矿物充填，可形成软弱夹层或泥化夹层。

1）花岗岩。属酸性深成岩，多呈肉红色、浅灰色。其主要矿物成分为钾长石、酸性斜长石、石英，次要矿物为黑云母、角闪石等。全晶质等粒状结构，块状构造。产状多为岩基、岩株，可作为良好的建筑物地基及天然建筑石料。但在进行水工建设时，要注意查明风化层厚度及断裂破碎带发育情况。在我国约占所有侵入岩出露面积的80%。我国的长江三峡、湖南东江、四川龚嘴等水电工程均建在花岗岩地基上。

2）正长岩。常呈浅灰色、浅肉红色、浅灰红色等，其主要矿物成分为正长石，次要矿物有角闪石、斜长石、黑云母等。呈等粒状结构，块状构造。其物理力学性质与花岗岩类似，但不如花岗岩坚硬，且易风化，常呈酸性、基性岩边缘小岩株产出。

3）闪长岩。属中性深成岩，浅灰至灰绿、肉红色，其主要矿物成分为斜长石、角闪石，其次为黑云母、辉石及石英等。呈等粒状结构，块状构造，分布广泛，多为小型侵入体产出。可作为各种建筑物的地基和建筑材料。

4）辉长岩。属基性深成岩，呈黑色或黑灰色，矿物成分以斜长石和辉石为主，也含有少量的角闪石、橄榄石等。呈辉长结构或中、粗粒结构，块状构造。常呈小侵入体或岩盘、岩床、岩墙产出。

（2）浅成岩。浅成岩多以岩床、岩墙、岩脉等状态产出，有时相互穿插。颗粒细小的岩石强度高，不易风化。这些小型侵入体与围岩接触部位的岩性不均一，节理裂隙发育，岩石破碎，风化蚀变严重，透水性增大。选作大型水利工程地基时，应进行细致的勘探试验工作。

1）花岗斑岩。属酸性浅成岩，成分与花岗岩相同。呈似斑状结构，斑晶和基质均主要由正长石、石英组成，若斑晶以石英为主，则称为石英斑岩。

2）闪长玢岩。属中性浅成岩，其矿物成分与闪长岩相同。呈斑状或似斑状结构，斑晶以斜长石和角闪石为主。常为灰色，如有次生变化，则多为灰绿色，块状构造。常呈岩脉或在闪长岩体边部产出。

3）辉绿岩。属基性浅成岩，呈暗绿或黑色，矿物成分与辉长岩相同。一般为辉绿结构——由斜长石晶体（长条状或针状）构成格架，辉石填入其中的特殊结构。呈块状构造。多呈岩床、岩脉产出。具良好的物理力学性质，但常因节理发育，较易风化。

4）脉岩类。脉岩是呈脉状或岩墙状产出的浅成侵入岩。常位于深成侵入体内部或附近围岩中，充填在裂隙内。根据矿物成分和结构特征，可分为伟晶岩、细晶岩和煌斑岩等三类。

伟晶岩是巨粒浅色脉岩，颗粒大小一般在1～2cm以上，有的可达几米至几十米。按矿物成分可分为花岗伟晶岩、正长伟晶岩、辉长伟晶岩等，但仅花岗伟晶岩常见，故一般所指的伟晶岩，即为花岗伟晶岩。一般呈灰白色、肉红色等，常呈伟晶结构等。

细晶岩是细粒结构的浅色脉岩。不同的细晶岩成分相差很大，最常见的是花岗细晶岩，其他的还有辉长细晶岩、闪长细晶岩、斜长细晶岩等。以细粒石英和长石为主要成分的细晶岩，也称为长英岩。

煌斑岩是深色脉岩类岩石的总称。其特点是全晶质，常具有明显的斑状结构。矿物成分以黑云母和角闪石为主，也有辉石、橄榄石以及斜长石等。最常见的是云母煌斑岩，其次是闪辉煌斑岩等。

（3）喷出岩。喷出岩一般原生孔隙和节理发育，产状不规则，厚度变化大，岩性很不均一。因此，强度低，透水性强，抗风化能力差。但对于安山岩和流纹岩等，如果孔隙、节理不发育，颗粒细或呈致密玻璃质，则强度高，抗风化能力强，也属于良好建筑物地基。需注意的是喷出岩覆盖在其他岩层之上的特点。

1）流纹岩。流纹岩属于酸性喷出岩，呈岩流状产出，大都为灰、灰白和灰红等较浅颜色。斑状结构，细小的斑晶为正长石和石英等矿物，基质为隐晶或玻璃质，常见流纹构造。因其岩性坚硬、强度较高，可作为良好建筑材料。但要注意，下伏岩层和两次或多次喷出之间是否存在松散软弱的土层或风化层。

2）粗面岩。粗面岩常呈浅灰、浅褐黄、浅紫褐等颜色。斑状结构，斑晶为正长石，基质为隐晶质。表面常有粗糙感。常为块状构造，也有气孔构造。断口粗糙不平。斑晶中若有石英，可称为石英粗面岩。

3）安山岩。安山岩是分布较广的中性喷出岩，呈灰色、红褐色或浅褐色。斑状结构，斑晶为斜长石、角闪石和辉石等，基质为隐晶或玻璃质。常为块状或气孔状、杏仁状构造。有不规则的板状或柱状原生节理，常呈岩流产出。

4）玄武岩。玄武岩是分布较广的基性喷出岩，呈黑、灰绿及暗褐等颜色。其主要矿物成分与辉长岩相同，多呈斑状结构、细粒结构或无斑隐晶质结构。气孔状构造及杏仁状构造较普遍，岩性致密坚硬，但多孔时强度较低，较易风化。玄武岩的柱状节理很普遍。

5）火山碎屑岩类。火山碎屑岩是火山活动时形成的火山碎屑物质，如火山灰（粒径为0.05～2.00mm）、火山砾（粒径为2～64mm）、火山渣、火山弹及火山岩块（粒径大于64mm）等，在火山口附近就地堆积，或在空气或水中搬运、降落、沉积、固结形成的岩石，如凝灰岩、火山（砾）角砾岩、集块岩等。其中，凝灰岩最为常见。

凝灰岩一般由小于2mm的火山灰和碎屑固结而成。碎屑物质有岩屑、矿物晶屑、玻璃碎屑等，胶结物为火山灰等物质。岩石外貌有粗糙感。具有典型的凝灰结构，呈块状层理、粒序层理等构造。这种岩石孔隙率大，重度小，性质软弱，强度低，易风化。风化后常形成以蒙脱石为主的膨润土，因其具有很高的可塑性和膨胀性，所以常给工程建设带来困难和危害。

模块四　沉积岩

沉积岩是在地壳表层常温、常压条件下，由风化产物、有机物质和某些火山作用产生的物质，经搬运、沉积和成岩等一系列地质作用而形成的层状岩石。沉积岩广泛分布于地表，占陆地面积的75%。因此，许多工程都选在沉积岩地区建设。沉积岩也是被应用得最广的一种建筑材料。

1.沉积岩的形成

沉积岩的形成是一个长期而复杂的地质作用过程，一般可分为四个阶段。

（1）先成岩石的破坏阶段。地表或接近地表的岩石受温度变化、水、大气和生物等因素作用，在原地发生机械崩解或化学分解，形成松散碎屑物质、新的矿物或溶解物质的作用，称为风化作用。风化产物是沉积岩的重要物质来源之一。风、流水、地下水、冰川、湖泊、海洋等各种外力在运动状态下对地面岩石及风化产物的破坏作用称为剥蚀作用。可分为机械剥蚀作用和化学剥蚀作用（溶蚀作用）两种方式。

（2）搬运阶段。搬运作用是指风化作用和剥蚀作用的产物，被水流、风、冰川、重力及生物等搬运到其他地方。搬运方式包括机械搬运和化学搬运两种。流水的搬运使得碎屑物质颗粒逐渐变细，并从棱角状变成浑圆形。化学搬运是将胶体和溶解物质带到湖海中去。

（3）沉积阶段。当搬运能力减弱或物理化学环境改变时，被搬运的物质脱离搬运介质而停止运移，这种作用称为沉积作用。沉积作用环境包括海洋沉积和大陆沉积，前者又分为滨海、浅海、半深海和深海沉积，后者又分为河流、湖泊、沼泽、冰川、风力等沉积。沉积作用一般可分为机械沉积、化学沉积和生物化学沉积。机械沉积作用是受重力支配的，碎屑物质通常按颗粒大小顺序沉积，即沿搬运方向依次沉积砾粒、砂粒、粉粒和黏粒，这种现象称为分选作用。例如在同一条河流上，上游沉积物质颗粒较粗，往中、下游逐渐变细。化学沉积包括胶体溶液和真溶液的沉积，如氧化物、硅酸盐、碳酸盐等的沉积。生物化学沉积主要是由生物遗体沉积及生物活动所引起的，如藻类进行光合作用，吸收CO2，促进碳酸盐的沉淀。

（4）成岩阶段。即松散沉积物转变成坚硬沉积岩的阶段。成岩作用主要有三种：

1）压固作用：即上覆沉积物的重力作用，导致下伏沉积物孔隙减小，水分挤出，从而变得紧密坚硬。

2）胶结作用：其他物质充填到碎屑沉积物粒间孔隙中，从而将分散的颗粒黏结在一起。

3）重结晶作用：沉积物在压力和温度逐渐增大情况下，可以溶解或局部溶解，导致物质质点重新排列，使非晶物质变成结晶物质，这种作用称为重结晶作用。

2.沉积岩的矿物成分

组成沉积岩的常见矿物仅有20多种，按成因类型可分为以下几种。

（1）碎屑矿物。碎屑矿物也称原生矿物，是原岩风化破碎后残存下来的矿物，如石英、长石、白云母等一些耐磨损而抗风化性较强和较稳定的矿物。

（2）黏土矿物。黏土矿物是原岩经风化分解后生成的次生矿物，如高岭石、蒙脱石、伊利石等。

（3）化学沉积矿物。化学沉积矿物是从真溶液或胶体溶液中沉淀出来的或是由生物化学沉积作用形成的矿物，如方解石、白云石、石膏、石盐、铝、铁和锰的氧化物或氢氧化物等。

（4）有机质及生物残骸。有机质及生物残骸是由生物残骸或经有机化学变化而形成的矿物，如贝壳、硅藻土、泥炭、石油等。

在以上矿物中，石英、长石及白云母也是岩浆岩中常见的矿物，其他矿物则是在地表条件下形成的特有矿物。岩浆岩中的橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等暗色矿物，由于易于化学风化，所以在沉积岩中极少见到。

3.沉积岩的结构

沉积岩的结构是指沉积岩组成物质的形状、大小和结晶程度等特征。主要有下列三种。

（1）碎屑结构。碎屑结构是碎屑物质被胶结物黏结起来而形成的一种结构，其特征有以下三点。

1）颗粒大小。按碎屑粒径大小，可将碎屑结构分为下列几类：

砾状结构——碎屑粒径＞2.0mm。

粗砂结构——0.5mm≤碎屑粒径≤2.0mm。

中砂结构——0.25mm≤碎屑粒径＜0.5mm。

细砂结构——0.05mm≤碎屑粒径＜0.25mm。

粉砂质结构——0.005mm≤碎屑粒径＜0.05mm。

2）颗粒圆度。据碎屑颗粒的磨圆程度，可分为棱角状、次棱角状、次圆状和圆状四种，如图1－4所示。颗粒磨圆程度受颗粒硬度、相对密度的大小及搬运历程等因素的影响。

3）胶结物及胶结方式。胶结物的性质及胶结类型对碎屑岩类的物理力学性质有显著的影响。常见的胶结物有以下几种：

硅质——玉髓、蛋白石、石英等。颜色浅，岩性坚固，强度高，抗水性及抗风化性强。

铁质——赤铁矿、褐铁矿等。常呈红色或棕色，岩石强度次于硅质胶结的。

钙质——方解石、白云石等。呈白灰、青灰等颜色。岩石较坚固，强度较大，但性脆，具可溶性，遇盐酸起泡。

泥质——黏土矿物。多呈黄褐色，性质松软、易破碎，遇水后易泡软、松散。

其他——石膏、海绿石等。

胶结类型指胶结物与碎屑颗粒之间的相对含量和颗粒之间的相互关系。常见的有三种胶结类型（图1－5）：

基底胶结——胶结物含量多，碎屑颗粒孤立地散布于胶结物中，彼此互不接触。这种胶结方式的坚固程度视胶结物性质而定。

孔隙胶结——碎屑颗粒紧密接触，胶结物充填于粒间孔隙中。这种胶结方式通常不很坚固。

接触胶结——胶结物含量极少，碎屑颗粒互相接触，胶结物仅存在于颗粒的接触处。这种胶结方式最不牢固。

（2）泥质结构。泥质结构是几乎全部由小于0.005mm的黏土颗粒组成，比较致密均一和质地较软的结构。这种结构是黏土岩的主要特征，主要由黏土矿物组成，此外还有石英等。

（3）化学结构。化学结构是由岩石中的颗粒在水溶液中结晶（如方解石、白云石等）或呈胶体形态凝结沉淀（如燧石等）而成的。可分为鲕状、结核状、纤维状、致密状和晶粒状结构等。

（4）生物结构。生物结构几乎全部是由生物遗体或生物碎片所组成的，如生物碎屑结构、贝壳结构等。

4.沉积岩的构造

沉积岩的构造是指沉积岩各种物质成分形成的特有的空间分布和排列方式。

（1）层理构造。层理是沉积岩在形成过程中，由于沉积环境的改变所引起的沉积物质的成分、颗粒大小、形状或颜色在垂直方向发生变化而显示成层的现象。层理是沉积岩最重要的一种构造特征，是沉积岩区别于岩浆岩和变质岩的最主要标志。

层或岩层是在较大区域内生成条件基本一致的情况下沉积的一个单元，其成分、结构、内部构造和颜色基本均一。层与层之间的分界面，叫作层面。从顶面到底面的垂直距离为岩层的厚度。层的厚度是沉积岩的重要描述标志。根据单层厚度，层可分为巨厚层（＞1.0m）、厚层（1.0～0.5m）、中厚层（0.5～0.2m）、薄层（0.2～0.05m）、极薄层（＜0.05m）。

根据层理的形态，可将层理分为下列几种类型（图1－6）：

1）水平层理。水平层理是由平直且与层面平行的一系列细层组成的［图1－6（a）］。主要见于细粒岩石（黏土岩、粉细砂岩、泥晶灰岩等）中。它是在比较稳定的水动力条件下（如河流的堤岸带、闭塞海湾、海和湖的深水带），从悬浮物或溶液中缓慢沉积而成的。

2）单斜层理。单斜层理是由一系列与层面斜交的细层组成的，细层向同一方向倾斜并大致相互平行［图1－6（b）］。它与上下层面斜交，上下层面互相平行。它是由单向水流所造成的，多见于河床或滨海三角洲沉积物中。

3）交错层理。交错层理是由多组不同方向的斜层理互相交错重叠而成的［图1－6（c）］，是由于水流的运动方向频繁变化所造成的，多见于湖滨、滨海、浅海地带或风成堆积层中。

此外，还有粒序层理（递变层理）和块状层理等。

有些岩层一端较厚，另一端逐渐变薄以至消失，这种现象称为尖灭层，若在不大的距离内两端都尖灭，而中间较厚，则称为透镜体［图1－6（d）］。

（2）层面构造。层面构造指岩层层面上由于水流、风、生物活动等作用留下的痕迹，如波痕、泥裂、雨痕等。

波痕——由于风力、流水、波浪和潮汐的作用，在沉积层表面所形成的波状起伏现象。

泥裂——主要是由于沉积物在尚未固结时即露出水面，经暴晒后形成张开的裂缝。刚形成时泥裂是空的，以后常被砂、粉砂或其他物质填充。

（3）结核。结核是成分、结构、构造及颜色等与围岩成分有明显区别的某些矿物质团块。结核形态很多，有球状、椭球状、不规则状等。如石灰岩中常见的燧石结核，主要是SiO2在沉积物沉积的同时以胶体凝聚方式形成的。黄土中的钙质结核，是地下水从沉积物中溶解CaCO3后在适当地点再结晶凝聚形成的（图1－7）。

（4）生物成因构造。由于生物的生命活动和生态特征，而在沉积物中形成的构造称为生物成因构造，如生物礁体、叠层构造、虫迹、虫孔等。

在沉积过程中，若有各种生物遗体或遗迹（如动物的骨骼、甲壳、蛋卵、足迹及植物的根、茎、叶等）埋藏于沉积物中，后经石化保存于岩石中，则称为化石。根据化石种类可以确定岩石形成的环境和地质年代。

5.沉积岩的分类及主要沉积岩的特征

根据沉积岩的组成成分、结构、构造和形成条件，可分为碎屑岩、黏土岩、化学岩及生物化学岩类，见表1－4。

（1）碎屑岩类。碎屑岩类具有碎屑结构，即岩石由粗粒的碎屑和细粒的胶结物两部分组成。鉴别碎屑岩时，先观察碎屑粒径的大小，区分是砾岩、砂岩还是粉砂岩；其次分析胶结物的性质和碎屑物质的主要矿物成分，判断所属的亚类，并确定岩石的名称。

1）砾岩和角砾岩。砾岩和角砾岩是由占碎屑总量达50%以上的大于2mm的碎屑颗粒胶结而成的岩石。少见层理，呈厚层－巨厚层。由磨圆较好的砾石胶结而成的称为砾岩；由带棱角的角砾胶结而成的称为角砾岩。角砾岩是由带棱角的岩块搬运距离不远即沉积胶结而成的。砾岩可能是在海滨潮间带由海浪反复冲刷磨蚀堆积而成，分选和磨圆都较好，成分较单纯；也可能是由河流短距离搬运而成，分选和磨圆度都较差，砾石成分也较复杂。砾石成分可能是矿物碎屑，但主要是岩屑。胶结物的成分与胶结类型对砾岩的物理力学性质有很大的影响。如硅质基底胶结的石英砾岩非常坚硬、难以风化。而泥质胶结的砾岩则相反，美国圣·弗兰西斯坝则因此种砾岩泥化而失事。

2）砂岩。砂岩是由占碎屑总量达50%以上的2.00～0.05mm粒级的颗粒胶结而成的岩石。交错层理发育。按粒度大小可细分为粗粒、中粒及细粒砂岩。根据其主要碎屑的矿物成分又可分为石英砂岩、长石砂岩和岩屑砂岩。石英砂岩中90%以上的碎屑物质是石英，磨圆度高，分选性好。一般为硅质胶结，呈白色等，质地坚硬。在长石砂岩的碎屑中，长石含量大于25%，岩屑含量小于10%，常为红色或棕黄色，一般为中粒、粗粒，分选性和磨圆度变化大，为钙质或铁质胶结。岩屑砂岩中的岩屑占碎屑总量的25%以上，长石含量小于10%，碎屑的分选、磨圆不好，颜色较深，呈灰、灰绿、灰黑等色。

砂岩随胶结物成分和胶结类型的不同，力学性质也不同。由于多数砂岩岩性坚硬而质脆，在地质构造应力作用下张性裂隙发育，所以，常具有较强的透水性。

3）粉砂岩。粉砂岩是0.05～0.005mm粒级的颗粒含量大于50%的岩石，质地致密，成分以石英为主，长石次之，碎屑的磨圆度差，分选时好时差，常见颜色为棕红色或暗褐色，常具有薄的水平层理。粉砂岩的性质介于砂岩与黏土岩之间。

（2）黏土岩类。黏土岩是主要由粒径小于0.005mm的黏土矿物组成的岩石。常见的黏土矿物有高岭石、蒙脱石、水云母等。黏土岩中的其他成分有粉粒级的石英、长石、云母等陆源碎屑，还有褐铁矿等胶体或化学沉积物。黏土岩致密均一，不透水，性质软弱，强度低，易产生压缩变形，抗风化能力较低，尤其是含蒙脱石等矿物的黏土岩，遇水后具有膨胀、崩解等特性，不适合作为大型水工建筑物的地基。主要的黏土岩有以下两大类：

1）泥岩。泥岩是由95%以上的泥质物组成的，其特点是固结不紧密、不牢固；层理不发育，常呈厚层状、块状；强度较低，一般干试样的抗压强度约为5～35MPa，遇水易泥化，强度显著降低，饱水试样的抗压强度可降低50%左右。泥岩多形成于较新的地质时期。

2）页岩。页岩是由黏土脱水胶结而成，大部分有明显的薄层理，能沿层理分成薄片，这种特征也称页理，页理主要是鳞片状黏土矿物层层累积、平行排列并压紧而成的。页岩风化后多成碎片状或泥土状。根据混入物的成分或岩石的颜色可分为钙质页岩、铁质页岩、硅质页岩、黑色页岩及炭质页岩等。除硅质页岩强度稍高外，其余的页岩易风化，性质软弱，浸水后强度显著降低。致密，不透水。在地形上常表现为低山、低谷。

（3）化学岩及生物化学岩。最常见的是由碳酸盐矿物组成的岩石，以石灰岩和白云岩分布最为广泛。鉴别这类岩石时，要特别注意对盐酸试剂的反应。石灰岩在常温下遇稀盐酸剧烈起泡；泥灰岩遇稀盐酸起泡后留有白色泥点；白云岩在常温下遇稀盐酸不起泡，但加热或研成粉末后则起泡。多数岩石结构致密，性质坚硬，强度较高。但其主要特征是具有可溶性，在水流的作用下形成溶蚀裂隙、洞穴、地下河等岩溶现象，影响水工建筑物安全的主要工程地质问题有塌陷、渗漏等。

1）石灰岩。石灰岩简称灰岩，在深海或浅海等环境中形成，矿物成分以方解石为主，有时还可含有白云石、燧石等硅质矿物和黏土矿物等。常呈深灰、浅灰色，纯质灰岩呈白色，多呈致密状，具有隐晶质结构，叫作结晶灰岩，另外在形成过程中，由于风浪振动，常形成一些特殊结构，如鲕状结构、生物结构和碎屑结构（如竹叶状灰岩）。

2）白云岩。白云岩的矿物成分主要为白云石，其次含有少量的方解石等。形成环境同灰岩，常为浅灰色、灰白色，呈隐晶质或细晶粒状结构。硬度较灰岩略大。岩石风化面上常有刀砍状溶蚀沟纹。纯白云岩可作耐火材料。

石灰岩与白云岩之间的过渡类型有灰云岩、白云质灰岩等。

3）泥灰岩。当石灰岩中黏土矿物含量达25%～50%时，称为泥灰岩。岩石致密，呈微粒或泥质结构。颜色有灰色、黄色、褐色、红色等。强度低、易风化。泥灰岩可作水泥原料。

其他的化学岩包括铝土岩、铁质岩、锰质岩、燧石岩、磷块岩、石盐岩、钾盐岩及石膏岩等。此外，还有煤等可燃有机岩。

模块五　变质岩

地壳中原有的岩浆岩、沉积岩或变质岩，由于地壳运动和岩浆活动等造成物理化学环境的改变，受高温、高压及其他化学因素作用，使原来岩石的成分、结构和构造发生一系列变化，所形成的新的岩石称为变质岩（图1－8）。这种改变岩石的作用，称为变质作用。

1.变质作用的因素及类型

引起变质作用的因素有温度、压力及具有化学活动性的流体。变质温度的基本来源包括地壳深处的高温、岩浆及地壳岩石断裂错动产生的高温等。温度可导致岩石发生重结晶作用和产生新的矿物。引起岩石变质的压力包括上覆岩石重量引起的静压力、侵入于岩体空隙中的流体所形成的压力，以及地壳运动或岩浆活动产生的定向压力。化学活动性流体则是以岩浆、H2O、CO2、HCl为主，并含有其他一些易挥发、易流动的物质。

根据变质作用的地质成因和变质作用因素，将变质作用分为下列几种类型。

（1）接触变质作用。接触变质作用是指发生在侵入岩与围岩之间的接触带上，主要由温度、热液和挥发性物质所引起的变质作用。围岩距侵入体越近，变质程度则越高；距离越远，变质程度则越低，并逐渐过渡到不变质的岩石。其中热接触变质作用中引起变质的主要因素是温度。岩石受热后发生矿物的重结晶、脱水、脱炭以及物质的重新组合，形成新矿物与变晶结构。在接触交代变质作用中引起变质的因素除温度以外，主要还有从岩浆中分异出来的挥发性物质和热液所产生的交代作用。故岩石的化学成分有显著变化，产生大量新矿物。形成的岩石有大理岩、角岩、矽卡岩等。

接触变质带的岩石一般较破碎，裂隙发育，透水性大，强度较低。

（2）区域变质作用。区域变质作用泛指在广大范围内发生，并由温度、压力以及化学活动性流体等多种因素引起的变质作用。包括区域中、高温（550～900℃）变质作用，区域动力热流变质作用，埋深（又称静力、负荷、埋藏）变质作用等类型。例如，黏土质岩石可变为板岩、千枚岩、片岩和片麻岩。

区域变质岩的岩性，在很大范围内是比较均匀一致的，其强度则决定于岩石本身的结构和成分等。

（3）区域混合岩化作用。在区域变质作用的基础上，地壳内部热流继续升高，便产生深部热液和局部重熔熔浆的渗透、交代、贯入于变质岩中，形成混合岩，这种作用称为区域混合岩化作用，简称为混合岩化作用。

（4）动力变质作用。在地壳构造变动时产生的强烈定向压力使岩石发生的变质作用称为动力变质作用。其特征是常与较大的断层带伴生，原岩挤压破碎、变形并常伴随一定程度的重结晶现象，可形成断层角砾岩、碎裂岩、糜棱岩等，并可有叶蜡石、蛇纹石、绢云母、绿泥石、绿帘石等变质矿物产生。

2.变质岩的矿物成分

组成变质岩的矿物，一部分是与岩浆岩或沉积岩所共有的，如石英、长石、云母、角闪石、辉石、方解石等；另一部分是变质作用后产生的特有的变质矿物，如红柱石、夕线石、蓝晶石、硅灰石、刚玉、绿泥石、绿帘石、绢云母、滑石、叶蜡石、蛇纹石、石榴子石、石墨等。这些矿物具有变质程度分带指示作用，如绿泥石、绢云母多出现在浅变质带，蓝晶石代表中变质带，而夕线石则存在于深变质带中。这类矿物可作为鉴别变质岩的标志矿物。

3.变质岩的结构

（1）变晶结构。岩石在固体状态下发生重结晶或变质结晶所形成的结构称为变晶结构。这是变质岩中最常见的结构。

1）按变晶矿物颗粒的相对大小可分为等粒变晶结构、不等粒变晶结构及斑状变晶结构；按变晶矿物颗粒的绝对大小可分为粗粒变晶结构（∮＞3mm）、中粒变晶结构（∮＝3～1mm）、细粒变晶结构（∮＜1mm）。

2）按变晶矿物颗粒的形状，可分为粒状变晶结构、鳞片状变晶结构及纤维状变晶结构等。

（2）碎裂结构。岩石受定向压力作用，当压力超过其强度极限时发生破裂，形成碎块甚至粉末后又被胶结在一起的结构称为碎裂结构。常具有条带和片理，是动力变质岩中常见的结构。根据破碎程度可分为碎裂结构、碎斑结构、糜棱结构等。

（3）变余结构（残余结构）。原岩在变质作用过程中，由于重结晶、变质结晶作用不完全，原岩的结构特征被部分保留下来，称为变余结构。如变余斑状结构、变余花岗结构、变余砾状结构、变余砂状结构、变余泥质结构等。

4.变质岩的构造

岩石经变质作用后常形成一些新的构造特征，它是区别于其他两类岩石的特有标志，是变质岩的最重要特征之一。

（1）片理构造。片理构造指岩石中矿物定向排列所显示的构造，是变质岩中最常见、最具有特征性的构造。

1）板状构造。岩石具有由微小晶体定向排列所造成的平行、较密集而平坦的破裂面，沿此面岩石易于分裂成板状体。板理面常微有丝绢光泽。这种岩石常具变余泥质结构。它是岩石受较轻的定向压力作用而形成的。

2）千枚状构造。岩石常呈薄板状，其中各组分基本已重结晶并呈定向排列，但结晶程度较低而使得肉眼尚不能分辨矿物，仅在岩石的自然破裂面上见有强烈的丝绢光泽，系由绢云母、绿泥石造成。有时具有挠曲和小褶皱。

3）片状构造。在定向挤压应力的长期作用下，岩石中所含大量柱状或片状矿物（如云母、绿泥石、滑石等），都呈平行定向排列。岩石中各组分全部重结晶，而且肉眼可以看出矿物颗粒。有此种构造的岩石，各向异性显著，沿片理面易于裂开，其强度、透水性、抗风化能力等也随方向而改变。

4）片麻状构造。以粒状变晶矿物为主，其间夹以鳞片状、柱状变晶矿物，并呈大致平行的断续带状分布。它们的结晶程度都比较高，是片麻岩中常见的构造。

（2）块状构造。岩石中的矿物均匀分布，结构均一，无定向排列，这是大理岩和石英岩常有的构造。

（3）变余构造。变余构造是因变质作用不彻底而保留下来的原岩构造。如变余层理构造、变余气孔构造等。

5.变质岩的分类及主要变质岩的特征

（1）变质岩的分类。变质岩的分类与命名，首先是根据其构造特征，其次是结构和矿物成分。其分类见表1－5。

鉴别变质岩时，可先从观察岩石的构造开始；根据构造，将变质岩区分为片理构造和块状构造两类。然后可进一步根据片理特征和结构以及主要矿物成分，分析所属的亚类，确定岩石的名称。

（2）主要变质岩的特征。

1）片麻岩。一般呈片麻状构造，中粗粒鳞片粒状变晶结构。可由黏土岩、粉砂岩、砂岩或酸性和中性岩浆岩、火山碎屑岩等，经深变质而成。主要矿物为长石、石英、云母、角闪石等，有时出现辉石、红柱石、石榴子石、夕线石、蓝晶石等。片麻岩可根据成分进一步分类和命名，如花岗片麻岩、角闪斜长片麻岩、黑云钾长片麻岩等。

片麻岩的物理力学性质，视矿物成分不同而异，一般较坚硬，强度较高，但若云母含量增多且富集在一起，则强度大为降低，并较易风化。

2）片岩。其特征是有片状构造，一般为鳞片变晶结构、纤状变晶结构。常见矿物有云母、绿泥石、滑石、角闪石等，粒状矿物以石英为主，长石很少或没有。进一步分类和命名需根据特征变质矿物和主要片状矿物来确定，如云母片岩、绿泥石片岩、滑石片岩、石英片岩、角闪石片岩等。片岩强度较低，且易风化，由于片理发育，易于沿片理裂开。

3）千枚岩。其特征是具千枚状构造。其原岩类型与板岩相同，重结晶程度比板岩高，基本已重结晶。矿物成分主要有细小绢云母、绿泥石、石英等，具有显微变晶结构，片理面具有明显的丝绢光泽。千枚岩性质较软弱，易风化破碎。

4）板岩。其特征是具板状构造。主要由黏土岩、粉砂岩或中、酸性凝灰岩变质而成，变质程度较轻。常具变余泥质结构，重结晶不明显，外表呈致密隐晶质，肉眼难以鉴别。沿板理易裂开成薄板状，在板理面上略显丝绢光泽。能加工成各种尺寸的石板，用作建筑材料。板岩透水性弱，可作隔水层加以利用，但在水的长期作用下可能软化，形成软弱夹层。

5）石英岩。石英岩由石英砂岩和硅质岩经变质而成。主要由石英组成（含量大于85%），其次可含少量白云母、长石、磁铁矿等。一般为块状构造，呈粒状变晶结构。具有脂肪光泽。岩石坚硬，抗风化能力强。可作良好的水工建筑物地基。但因性脆，较易产生密集性裂隙。另外，石英岩中常夹有薄层板岩，风化后变为泥化夹层。

6）大理岩。大理岩以我国云南大理市盛产优质的此种岩石而得名。由钙、镁碳酸盐类沉积岩变质形成。主要矿物成分为方解石、白云石。具粒状变晶结构，块状构造。洁白的细粒大理岩（汉白玉）和带有各种花纹的大理岩常被用作建筑材料和各种装饰石料等。

大理岩硬度较小，岩块或岩粉与盐酸反应起泡，具有可溶性。

7）混合岩。混合岩是由混合岩化作用形成的岩石。其基本组成物质分为基体和脉体两部分。基体指的是混合岩形成过程中残留的原来的变质岩，是区域变质作用的产物，多含暗色矿物，如角闪岩、片麻岩等，颜色较深。脉体指的是混合岩形成过程中处于活动状态的新生成的流体物质结晶部分，通常是花岗质、长英质（细晶质）、伟晶质和石英脉等，颜色较浅。脉体和基体以不同的数量和方式相混合，可形成不同形态的各种混合岩，矿物成分变化大、成分复杂，呈粗粒、交代结构，具条带状、肠状、角砾状、眼球状、网状等构造。

8）动力变质岩。动力变质岩包括构造角砾岩、碎裂岩、糜棱岩、千糜岩等。

知识强化与技能提升

一、判断题

1.碎屑结构、化学结构及斑状结构是沉积岩所具有的结构。（　　）

2.层理构造是沉积岩的主要构造特征。（　　）

3.大理石、方解石、正长石都是岩石。（　　）

二、选择题

1.矿物呈橄榄绿色，玻璃光泽，无解理，粒状，该矿物可定名为（　　）。

A.辉石　　　　B.角闪石　　　　C.绿泥石　　　　D.橄榄石

2.某矿物呈乳白色粒状，玻璃光泽，贝壳状断口，钢不能划动，则该矿物定名为（　　）。

A.斜长石B.白云石C.石英D.蛇纹石

3.某种岩石的颗粒成分以黏土矿物为主，并具有泥状结构、页理状构造。该岩石是（　　）。

A.板岩B.页岩C.泥岩D.片岩

4.下列哪个岩石属于岩浆岩？（　　）

A.大理岩B.闪长岩C.片麻岩D.石英岩

5.常见的碳酸盐类可溶岩有（　　）。

A.花岗岩B.砂岩C.石英岩D.大理岩

6.下面哪一个是岩浆岩特有的构造？（　　）

A.片麻状构造B.层面构造C.流纹状构造D.板状构造

7.下列岩石中，（　　）不属于沉积岩。

A.砂岩B.页岩C.花岗岩D.白云岩

8.下列矿物中，硬度最高的是（　　）。

A.石英B.长石C.方解石D.绿泥石

三、简答题

1.简述矿物与岩石的关系。

2.简述主要造岩矿物的鉴定特征。

3.岩浆岩常见的矿物成分、结构、构造有哪些？

4.按SiO2的含量不同，岩浆岩可划分为哪四种类型？

5.组成沉积岩的主要矿物成分有哪几种？沉积岩的结构、构造特征是什么？

6.说明沉积岩的分类方法和常见沉积岩代表性岩石。

7.什么是变质作用？变质作用有哪些类型？

8.变质岩的主要矿物组成、结构、构造特征是什么？

9.简述沉积岩的形成过程。