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第二节
矿物与岩石

矿物是自然界中的化学元素在一定的物理化学条件下生成的天然物质,具有一定的化学成分和物理性质。矿物除少数是由单质元素组成外,大多是由化合物构成。它是各种地质作用的产物,是岩石的基本组成部分。

一、常见造岩矿物

迄今为止,自然界中已发现的矿物大约有3000多种,除个别以气态(如硫化氢等)、液态(如水、自然汞等)出现外,绝大多数均呈固态。矿物会受到其所处地质条件的制约,当地质条件变化到一定程度时,矿物的稳定性便会遭到破坏,使得原有的成分、结构和性质发生变化,从而衍生出在新条件下稳定的次生矿物。因此,研究矿物有助于我们去了解地球的演化历史。

造岩矿物指构成岩石的主要成分且对岩石性质有较大影响的矿物,目前常见造岩矿物有20余种。

(一)造岩矿物的形态

绝大多数造岩矿物是晶质矿物,其内部质点(原子、分子、离子)在三维空间内呈有规律的周期性排列,具有各自特定的晶体结构(图2-2)。不同矿物具有不同的晶形和形态特征,这也是我们识别矿物的一个基本准则;而同一种矿物在不同的地质条件下,也会呈现出不同的结晶习性。故矿物的形态不仅是鉴别矿物的依据,而且也是推断其形成时所处地质条件的依据。

一般来说,当生长条件合适(如生长速度较慢、周围有自由空间)时,结晶质矿物才能形成有规则的几何外形,具有良好固有形态的晶体,称为自形晶体或单晶体(图2-3)。但由于生长空间的局限,矿物晶体则往往发育不良,形成不规则外形,具有不规则外形的晶体称为他形晶体。岩石中的造岩矿物多为他形晶体的集合体。

图2-2 食盐晶格构造

图2-3 矿物晶体

(a)食盐晶体;(b)石英晶体;(c)金刚石晶体

非晶质矿物的内部质点呈无规律、杂乱无章的排列,没有一定的几何外形,故通常按照集合体的形态来识别矿物。

1.常见的单晶体矿物形态

常见的单晶体矿物形态有:片状、鳞片状,如云母、绿泥石等;板状,如斜长石、板状石膏等;柱状,如角闪石(长柱状)、辉石(短柱状)等;立方体状,如岩盐、方铅矿、黄铁矿等;菱面体状,如方解石、白云石等;菱形十二面体状,如石榴子石等。

2.常见的结晶质和非结晶质矿物集合体形态

常见的结晶质和非结晶质矿物集合体形态有:①粒状、块状、土状——矿物晶体在空间三个方向接近等长的集合体,颗粒边界较明显的称为粒状,如橄榄石等,颗粒边界不明显的称为块状,如石英等,疏松的块状称为土状,如高岭土等;②放射状,如红柱石等;③纤维状,如石棉、纤维石膏等;④钟乳状——如方解石、褐铁矿等;⑤鲕状、豆状、肾状、葡萄状——矿物集合体呈具有同心球形的结核构造,鱼卵大小的称为鲕状,如方解石等,近似黄豆大小的称为豆状,如赤铁矿等,不规则的球形体称为肾状和葡萄状,如赤铁矿等。

(二)造岩矿物的物理性质

造岩矿物的物理性质是由矿物的化学成分和内部结构所决定的,通常包括颜色、条痕、光泽、透明度、解理、断口、硬度、密度、弹性、挠性及延展性等。它是对矿物进行肉眼鉴定的主要依据。

1.颜色

矿物的颜色是矿物对不同波长的可见光波吸收和反射程度的反映,按矿物成色原因可以分为自色、他色和假色。

(1)自色是矿物的化学成分和内部结构所决定的矿物自身的固有颜色。如黄铁矿的铜黄色,孔雀石的翠绿色等。一般来说,含铁、锰质较多的矿物,如黑云母、普通角闪石、普通辉石等,颜色较深,多呈灰绿、褐绿、黑绿甚至黑色;含硅、铝、钙等成分较多的矿物,如石英、长石、方解石等,颜色较浅,多呈白、灰白、淡红、淡黄等浅色。

(2)他色是矿物由于外来有色物质的混入所呈现出来的颜色。如纯净的石英晶体是无色透明的,常常会因为有色杂质的混入而呈现紫色、玫瑰色、烟灰色等。

(3)假色是矿物因内部裂隙或者表面的氧化薄膜引起光线干涉而形成的颜色。如方解石解理面上常出现的虹彩。通常不透明矿物氧化膜引起的颜色错色具有较大的鉴定意义,如斑铜矿表面的深蓝紫色,就是该矿物的主要鉴定特征。

2.条痕

矿物在白色无釉的瓷板上划擦时留下的粉末颜色,称为条痕。条痕能消除假色、显示自色,对于某些矿物的鉴定具有重要的意义。如赤铁矿可以呈赤红、钢灰、铁黑等多种颜色,而其条痕总是樱红色;黄铁矿为铜黄色,其条痕为黑色。

3.光泽

矿物表面反射光线的能力称为光泽,通常根据其反射能力由强而弱分为以下几种:

(1)金属光泽。反射很强烈,类似金属磨光面上的反射光,如方铅矿、黄铁矿的光泽。

(2)半金属光泽。反射强烈,类似一般未经磨光金属的反光,如磁铁矿的光泽。

(3)金刚光泽。反射较强,状若钻石,如金刚石、闪锌矿的光泽。

(4)玻璃光泽。状若普通平板玻璃的光泽,如石英、长石的光泽。

(5)油脂光泽及树脂光泽。如同涂上一层油脂后的反光称为油脂光泽,一般见于浅色矿物,如石英断口上的光泽;呈现如松香等树脂表面的光泽称为树脂光泽,多见于黄色、黄褐色等较深颜色的矿物,如部分闪锌矿的光泽。

(6)珍珠光泽。如同珍珠表面或贝壳凹面上呈现出的柔和多彩的乳白色光泽,如云母的光泽。

(7)丝绢光泽。呈现蚕丝或丝织品似的光泽,一般为纤维状集合体矿物所具有,如石棉、绢云母、纤维石膏的光泽。

(8)土状光泽。矿物表面光泽暗淡如同土块,如高岭石呈现的光泽。

4.透明度

矿物的透明度即矿物容许可见光透射而过的能力,矿物对光的吸收率和矿物的厚度等因素影响着矿物的透明度。一般来说,非金属矿物的吸收率低,大多是透明的,而金属矿物的吸收率高,基本不透明。通常根据透明度将矿物分成以下三大类:

(1)透明矿物。绝大部分光线可以穿过矿物,隔着矿物的薄片可以清楚地看到对面物体,如无色水晶、冰洲石(纯净方解石晶体)等。

(2)半透明矿物。光线可以部分穿过矿物,隔着矿物的薄片可以模糊地看到对面的物体,如一般石英集合体、辰砂等。

(3)不透明矿物。光线几乎不能穿过矿物,如磁铁矿、石墨等。

5.解理

矿物晶体在外力作用下能沿一定方向破裂成光滑平面的性质称为解理,裂成的光滑平面称为解理面。矿物解理的产生是其内部质点规则排列的结果,解理常平行于晶体结构中质点间联结力弱的方向发生。如果矿物晶体内部的几个方向上结合力都较弱,则会具有多组解理。根据矿物产生解理面的完全程度,可将解理分为四种:

(1)极完全解理。极易裂开成薄片,解理面非常平滑、大而平整,如云母。

(2)完全解理。矿物沿解理面裂开成块状或板状,解理面平滑,如方解石。

(3)中等解理。解理面不太平滑,如长石、角闪石。

(4)不完全解理。很难出现完整的解理面,如橄榄石、磷灰石。

6.断口

矿物在外力作用下,沿着任意方向产生不规则断裂,其凹凸不平的断裂面称为断口。断口有以下几种常见形态:

(1)贝壳状断口。呈椭圆形的光滑曲面,具有同心圆纹,类似于贝壳,如石英。

(2)平坦状断口。断面平坦,如蛇纹石。

(3)参差状断口。呈参差不齐的形状,大多数矿物均为参差状断口,如磷灰石。

(4)锯齿状断口。呈尖锐锯齿状,如自然铜。

(5)纤维状断口。呈纤维丝状,如石棉。

7.硬度

矿物抵抗外力刻画、压入、研磨的能力,称为硬度。硬度是进行矿物鉴定的一个重要特征。一般采用两种矿物相互刻画的方法来确定矿物的相对硬度。目前常用10种不同硬度的矿物构成的摩氏硬度计(表2-2)作为硬度等级的标准,其他矿物通过与摩氏硬度计中的标准矿物相互刻画从而确定其硬度大小。在野外,通常会借助指甲(硬度2.5)、小刀(硬度5.0~5.5)、玻璃(硬度5.5)作为辅助标准,来鉴定矿物硬度。

表2-2 摩氏硬度计

8.密度

这里的密度指的是相对密度,也即比重,它是矿物(纯净的单矿物)的质量与4℃时同体积水的质量的比值。一般分为轻、中等、重三级,大多数矿物密度为中等,介于2.5~4.0之间。

9.弹性、挠性及延展性

矿物在外力作用下发生弯曲变形,外力解除后能恢复到原来状态的性质称为弹性,如云母的薄片具有弹性。矿物在外力作用下发生弯曲变形,外力解除后不能恢复原来状态的性质称为挠性,如滑石、绿泥石具有挠性。矿物在锤击或拉伸作用下,能变成薄片或细丝的性质称为延展性,如自然金、自然铜等。

(三)矿物的种类

组成三大岩类的造岩矿物,最常见的仅20多种。在鉴定矿物时,最常用和最简单的方法就是肉眼鉴定。需强调的是,肉眼鉴定时应以矿物的新鲜面作为鉴定对象。一般用眼睛或借助放大镜仔细观察矿物的外表形态,再借助小刀等工具逐次确定出形状、颜色、光泽、透明度、硬度、解理、比重等特征,最终准确地鉴别矿物。当然,肉眼鉴定矿物只是野外的一种粗略鉴定方法,通常还是需要进行室内鉴定,即将试样制成薄片,通过镜下鉴定准确地对矿物进行命名。下面简要介绍主要造岩矿物及其物理性质。

1.石英

石英是岩石中最常见的矿物之一,常发育成单晶并形成晶簇。纯净的石英晶体为无色透明的六方双锥,称为水晶。一般岩石中的石英呈致密状及粒状集合体,常呈白色、乳白色。石英晶面为玻璃光泽,断口为油脂光泽,贝壳状断口,硬度为7,相对密度为2.65。

2.长石

长石是一大族矿物,是地壳中分布最广泛的矿物。它在岩石命名和分类时起重要作用。按成分可将长石分为三类:钾长石(KAlSiO 3 )、钠长石(NaAlSi 3 O 8 )和钙长石(CaAlSi 3 O 8 )。以钾长石为主的称为正长石,单晶为柱状或板状,集合体为粒状或块状,在岩石中常呈肉红色或湿玫瑰红色,有两组正交解理,解理面呈玻璃光泽,硬度为6,相对密度为2.54~2.57,常和石英伴生于酸性花岗岩中;由不同比例的钠长石和钙长石组成的称为斜长石,单晶为柱状或板状,集合体为粒状,多为白色或灰黄色,呈玻璃光泽,有两组近似正交的解理,硬度为6~6.5,相对密度为2.61~2.75,常与角闪石和解石共生于较深色的岩浆岩中。

3.云母

含钾、铁、镁、铝等多种金属阳离子的铝硅酸盐矿物称为云母。按所含阳离子的不同,可分为白云母和黑云母。

(1)白云母。单晶为板状、片状,横截面为六边形,易剥成薄片,薄片无色透明且有弹性,玻璃光泽;集合体呈浅黄、浅绿色,薄片有弹性,玻璃光泽,解理面显珍珠光泽,有一组极完全解理,硬度为2.5~3,相对密度为2.76~3.12。

(2)黑云母。单晶为板状、片状,横截面为六边形,易剥成薄片,薄片有弹性,富含铁的呈黑色,富含镁的呈金黄色,有一组极完全解理,珍珠光泽,半透明,硬度为2~3,相对密度为3.02~3.12。

4.普通角闪石

单晶为长柱状,横截面为六边形,集合体为针状、粒状,多呈暗绿至黑色,完全解理(交角为56°和124°),硬度为5~6,相对密度为3.1~3.6。

5.普通辉石

单晶呈短柱状或粒状,横截面为近八角形,集合体呈块状,多为黑色或黑褐色,玻璃光泽,有两组完全解理(交角为87°和93°),硬度为5.5~6.0,相对密度为3.23~3.56,常见于颜色较深的基性和超基性岩浆岩中,多与斜长石伴生。

6.橄榄石

晶体为短柱状,多不完整,常呈粒状集合体,颜色为浅黄绿至橄榄绿色,含铁越多,颜色越深,玻璃光泽,呈不完全解理,断口贝壳状,油脂光泽,硬度为6.5~7.0,相对密度为3.3~3.5,常见于基性和超基性岩浆岩中。

7.方解石

单晶为菱形六面体,常呈粒状或块状集合体,纯净方解石晶体无色透明,称为冰洲石,因含杂质呈灰白色、浅黄、黄褐等色,玻璃光泽,有三组完全解理,硬度为3.0,相对密度为2.6~2.8,是石灰岩和大理岩的主要成分,遇冷的稀盐酸会剧烈起泡。

8.白云石

单晶为菱形六面体,常呈粒状集合体,纯净晶体无色透明,含杂质呈浅黄、灰褐等色,玻璃光泽,有三组完全解理,硬度为3.5~4.0,相对密度为2.8~2.9,是白云岩的主要矿物成分,遇稀冷盐酸起泡不明显,遇热的稀盐酸会起泡,遇紫红色镁试剂会变蓝色。

9.石膏

单晶为板状、柱状、片状,常呈纤维状或块状集合体,纯晶体无色透明,含杂质呈灰、黄、褐色,平面反光为玻璃光泽,纤维状反光为丝绢光泽,有一组极完全解理,能劈裂成薄片,薄片没有弹性而有挠性,硬度为2.0,相对密度为2.3~2.37,在适当条件下可脱水成硬石膏。

10.硬石膏

单晶为板状或柱状,集合体呈粒状、块状,纯净晶体无色透明,通常为白色,玻璃光泽,有三组完全解理,硬度为3~3.5,相对密度为2.8~3.0,硬石膏在常温常压下,遇水生成石膏,体积将膨胀30%,并由此产生膨胀压力,可能引起建筑物基础及隧道衬砌等变形,对工程建筑产生严重危害。

11.高岭石

单晶极小,肉眼不可见,集合体多为土状或块状,纯净高岭石呈白色,含杂质时呈浅红、浅黄、浅灰及浅绿色等,土状或蜡状光泽,硬度为 1.0~2.0,相对密度为 2.58~2.63,干燥的高岭石块体有粗糙感,容易捏成粉末,且吸水性强,潮湿时可塑,有滑感。

12.黄铁矿

单晶为立方体或五角十二面体,晶面上有条纹,常见粒状或块状集合体,呈铜黄色,金属光泽,断口参差状,条痕为黑色,硬度为6.0~6.5,相对密度为4.9~5.2。黄铁矿是地壳中分布最广的硫化物,是制取硫酸的主要原料。岩石中的黄铁矿容易氧化分解成硫酸和铁的氧化物,对(钢筋)混凝土结构物产生腐蚀作用。

13.滑石

单晶为六方菱形,很少见,常呈致密块状、片状或鳞片状集合体,纯净滑石呈白色,含杂质呈浅黄色、线褐色等,有一组极完全解理,晶面呈珍珠或玻璃光泽,断口为蜡状光泽,薄片无弹性而有挠性,手摸会有滑感,硬度为1,相对密度为2.7~2.8。

14.绿泥石

绿泥石是一族种类繁多的矿物,是很复杂的铝硅酸盐化合物,常以片状或鳞片状集合体出现,颜色暗绿,珍珠光泽,有一组完全解理,薄片有挠性,硬度为2.0~3.0,相对密度为2.6~2.85,绿泥石常出现在温度不高的热液变质岩中。由绿泥石组成的岩石强度低,工程性质差。

15.蒙脱石

隐晶质土状或鳞片状集合体,白色或灰白色,含杂质可呈黄、红、蓝或绿色,土状光泽或蜡状光泽,硬度为1.0~2.0,相对密度为2.0~3.0。蒙脱石是膨胀土的主要成分,吸水性强,遇水其体积可以膨胀几倍,具有很强的吸附能力和阳离子交换能力,有很强的可塑性,是常见的主要黏土矿物之一。

二、岩石

岩石是天然生成的且具有一定结构、构造的矿物集合体,是组成地壳的基本物质,是内、外动力地质作用的产物。岩石学是地质学的一个分支,主要研究岩石的成分、结构、构造、成因、演化等。岩石的种类按照其成因可以分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。地表以沉积岩为主,大约占大陆面积的75%和海洋底面的绝大部分;而地壳深处则以岩浆岩、变质岩为主。

对于人类的各项工程建设来说,岩石是其物质基础。岩石(或岩体)的物理力学性质及其结构、构造特征决定着工程的安全和稳定性。因此,进行岩石学方面的研究,不仅可以指导找矿勘探和矿产资源开发利用,而且对工程建设、交通运输及国防建设均具有重要的意义。

(一)岩浆岩

岩浆岩又称火成岩,在大陆或海洋,在地表或地下,岩浆岩都有着广泛的分布。

1.岩浆岩的成因

岩浆是在上地幔和地壳深处形成的、以硅酸盐为主要成分的,且富含挥发性物质的炽热、黏稠的熔融体,通常处于高温(600~1300℃)、高压(数千兆帕)状态下。由岩浆冷凝、固结所形成的岩石称为岩浆岩。当地壳运动时,岩浆会沿着地壳的薄弱、裂隙地带上升,若未到达地表即逐渐冷却并凝结而成的岩浆岩称为侵入岩;若岩浆上升喷出地表,在地表冷却并凝结而成的岩浆岩则称为喷出岩或火山岩。根据形成深度的不同,可将侵入岩划分为浅成岩和深成岩。一般以地表以下3km为界,形成于3km以浅的称为浅成岩,形成于3km以下的称为深成岩。由于岩浆在冷凝和结晶过程中失去了大量的挥发份,故岩浆岩和岩浆在成分上会有一定的差异。

2.岩浆岩的产状

岩浆岩的产状是指岩浆岩体的形态、大小、深度及其与围岩的关系。岩浆岩的产状既与岩浆的成分、物理化学条件密切相关,也受周围岩体及环境的控制。查明岩浆岩的产状有助于了解其形成条件,对工程活动具有一定意义。常见的岩浆岩产状有以下几种:

(1)岩基。岩基是一种规模巨大的深成侵入岩体,分布面积一般大于100km 2 ,甚至可达数百至数千平方千米。岩基内常常会含有围岩的崩落碎块,即捕虏体。岩基大多是由酸性岩浆冷凝而成的花岗岩类岩体,晶粒粗大,岩性均匀,是良好的建筑地基。如长江三峡坝址区域就选在面积约200km 2 的花岗岩——闪长岩岩基上。

(2)岩株。岩株是岩基边缘的分支或是独立的侵入体,深部与岩基相连,面积一般为几十平方千米以内。岩株形状不规则,与围岩接触面陡直,岩性均一,为稳定性良好的地基。

(3)岩盘。岩盘多是酸性或中性岩浆侵入层状岩层面后,因黏性大,流动不远而成的上凸下平的近似透镜体状,其形成深度一般较浅,规模较小。

(4)岩床。岩床是由黏性较小、流动性较大的基性岩浆沿着岩层层面贯入,形成与地层整合的板状侵入体,其表面一般无明显凹凸,厚度不大,分布较广。

(5)岩墙和岩脉。岩浆沿着围岩中的裂隙和断裂带侵入而形成的狭长的岩浆岩体称为岩墙和岩脉。其中岩体较宽、形状较规则、近于直立的板状岩体称为岩墙;岩体窄小、形状不规则,与层理斜交的脉状侵入体称为岩脉。岩墙和岩脉多在围岩构造型隙发育处,岩体较薄,与围岩接触面大,冷凝速度快,易形成很多收缩裂隙,其岩体稳定性较差,地下水活动活跃。

(6)火山锥。黏性较大的岩浆沿火山口喷出地表后与火山碎屑物结合,在火山口附近堆积而成的锥状岩体或钟状的山体称为火山锥或岩钟。火山锥可以单独出现,但大多是成群出现,如黑龙江的五大连池火山群和山西大同火山群。

3.岩浆岩的物质组成

(1)化学成分。地壳中的元素几乎在岩浆岩中都存在,只是含量有差异。在岩浆岩中,O、Si、A1、Fe、Ca、Mg、Na、K、Ti等元素含量最高,而O的含量居首位。因此,岩浆岩的化学成分常以氧化物的形式存在,主要有SiO 2 、Al 2 O 3 、Fe 2 O 3 、FeO、MgO、CaO、Na 2 O、K 2 O、H 2 O等。其中SiO 2 含量最高,它的含量大小直接影响着岩浆岩的矿物成分变化,也决定着岩浆岩的性质。根据SiO 2 含量多少,可将岩浆岩分为四类:超基性岩(SiO 2 含量小于45%)、基性岩(SiO 2 含量为45%~52%)、中性岩(SiO 2 含量为52%~65%)、酸性岩(SiO 2 的含量大于65%)。

一般来说,岩浆岩中各种氧化物含量的变化存在一定规律。如从超基性岩到酸性岩,SiO 2 含量逐渐增多,Na 2 O、K 2 O含量也逐渐增多,而FeO、MgO含量则逐渐减少。

(2)矿物成分。通常组成岩浆岩的矿物有30多种,但常见的仅十几种。其中以长石含量最多,一般占岩浆岩成分的60%以上,石英次之。故长石和石英是对岩浆岩进行分类和鉴定的重要依据。

1)根据造岩矿物的化学成分和颜色深浅,可将其划分为两类:

a.浅色矿物:SiO 2 、Al 2 O 3 含量高,颜色较浅,如石英、正长石、斜长石、白云母等;

b.深色矿物:SiO 2 、Al 2 O 3 含量较低,FeO、MgO含量较高,颜色较深,如橄榄石、辉石、角闪石、黑闪石等。

2)根据造岩矿物在岩浆岩中的含量和在分类命名中所起的作用,可将其划分为三类:

a.主要矿物:主要矿物在岩石中含量最多,是划分岩石大类、确定岩石名称的依据,如石英和钾长石是花岗岩类的主要矿物,缺少它们就不能定名为花岗岩。

b.次要矿物:在岩石中含量较少,对划分岩石大类不起主要作用,但在确定岩石名称中起重要作用。如花岗岩中含有少量角闪石或黑云母时,它们就可以作为划分花岗岩种属的依据,可将此类岩石命名为角闪花岗岩或黑云母花岗岩。

c.副矿物:在岩石中含量很少,通常小于1%,个别可达5%,在一般的岩浆岩分类和命名中均不起作用,如花岗岩中的微量磁铁矿、萤石等。

4.岩浆岩的结构

岩浆岩的结构是指组成岩石的矿物的结晶程度、晶粒大小、形状及其晶粒之间的相互关系。其结构特征与岩浆的化学成分等有关,也与岩石形成时的物理化学状态、成岩环境有关,如岩浆的温度、压力、黏度、冷凝速度等都影响着岩浆岩的结构。根据结构的定义,可从以下三个方面对岩浆岩的结构进行分类:

(1)按结晶程度(主要是根据岩石中结晶物质和非结晶玻璃质的含量比例来划分),可将岩浆岩的结构分成三类:

1)全晶质结构。岩石全部由结晶矿物组成,多见于深成侵入岩。

2)半晶质结构。同时存在结晶质矿物颗粒和未结晶玻璃质的岩石结构,多见于喷出岩及部分浅成岩的边缘。

3)玻璃质结构。岩石全部由熔岩冷凝的玻璃质组成,是部分喷出岩的特有结构,一般呈玻璃光泽,性脆,具有贝壳状断口。

(2)按矿物晶粒大小,可分为两类:

1)显晶质结构。岩石中的矿物结晶颗粒,凭肉眼或放大镜能够分辨,根据主要矿物颗粒的直径大小,显晶质结构又可分为以下几种:粗粒结构(矿物的结晶颗粒大于5mm)、中粒结构(矿物的结晶颗粒为2~5mm)、细粒结构(矿物的结晶颗粒为0.2~2mm)、微粒结构(矿物的结晶颗粒小于0.2mm)。

2)隐晶质结构。岩石中的矿物颗粒很细,肉眼和一般放大镜下不能分辨,在显微镜下才能观察出晶粒特征。具隐晶质结构的岩石外貌呈致密状,肉眼观察时易与玻璃质结构相混淆,但隐晶质结构的岩石一般没有玻璃光泽和贝壳状断口,常具有瓷状断口,脆性程度低。

(3)按矿物晶粒的相对大小,可分为三类:

1)等粒结构。岩石中主要矿物颗粒大小大致相等。

2)不等粒结构。岩石中主要矿物颗粒大小不等,粒径相差不大。

3)斑状结构。岩石中矿物颗粒大小相差悬殊,大颗粒散布在小颗粒之中。大颗粒称为斑晶,小颗粒称为基质。若基质为隐晶质或玻璃质,这种结构称为斑状结构;若基质为显晶质,则称为似斑状结构。

5.岩浆岩的构造

岩浆岩的构造指岩石外表的整体特征,由矿物的空间排列方式和充填方式决定,其特征主要取决于岩浆冷凝时的环境。常见的岩浆岩构造主要有以下几种:

(1)块状构造。组成岩石的矿物无定向排列,均匀分布于岩石中,岩石呈均匀块状。如花岗岩、花岗斑岩等一系列深成岩与浅成岩的构造。

(2)流纹状构造。不同颜色的矿物、拉长的气孔沿熔岩的流动方向呈平行排列,形成不同颜色条带相间排列的流动构造,一般气孔的拉长方向指示熔岩流动方向。

(3)气孔状构造。岩石中有很多大小不一、互不连通的气孔,它是岩浆喷出地表后,其中的气体和挥发性物质来不及全部逸出而保留在已经冷凝的熔岩中而形成的,常为玄武岩等喷出岩所具有。

(4)杏仁状构造。具有气孔状构造的岩石,在后期其气孔被一些次生外来矿物充填所形成的构造,充填物有方解石、石英、沸石、玉髓等,如某些玄武岩和安山岩的构造。

6.岩浆岩的分类及常见岩浆岩的特征

(1)岩浆岩的分类。自然界中的岩浆岩种类繁多,彼此之间的成分、结构、构造、产状及成因等均存在差异,同时也存在着一定的过渡关系,证明了它们之间有着密切的内在联系。本节根据岩浆岩的成分、结构、构造、产状、成因和共生规律等特征,对岩浆岩进行了分类,见表2-3。

表2-3 岩浆岩分类表

(2)常见岩浆岩的特征。

1)酸性岩类。

a.花岗岩:颜色多为肉红、灰白,主要矿物为石英、正长石和斜长石,次要矿物为黑云母和角闪石等;全晶质粒状结构,块状构造;是深成侵入岩,产状多为岩基和岩株。花岗岩分布广泛,质地均匀、坚固,是良好的天然建筑材料。

b.花岗斑岩:颜色灰红或浅红;矿物成分同花岗岩;具斑状结构,班晶和基质均为长石和石英,产状常为小型岩体或大岩体的边缘;是浅成侵入岩。

c.流纹岩:一般为浅灰、粉红及紫灰色;矿物成分与花岗岩相似;斑状或隐晶结构,斑晶为石英和长石,基质为隐晶质或玻璃质;具典型的流纹构造,也有气孔状构造;是喷出岩。

2)中性岩类。

a.闪长岩:多为浅灰至灰绿色;矿物成分以斜长石、角闪石为主,其次为解石和黑云母;全晶质等粒结构;块状构造;是深成侵入岩。其结构致密,强度高,具有较高的韧性和抗风化能力,是良好的建筑材料。

b.闪长玢岩:灰色及灰绿色;矿物成分同闪长岩;斑状结构,斑晶多为斜长石,少量为角闪石;块状构造;是浅成侵入岩。岩石中常有绿泥石、高岭石和方解石等次生矿物。

c.安山岩:呈灰色、灰紫色、灰褐色;矿物成分同闪长岩;斑状结构,斑晶多为斜长石;杏仁或气孔状构造,气孔中常充填方解石;是喷出岩。

d.正长岩:呈浅灰色至肉红色;主要矿物为正长石,也含少量斜长石,其次为黑云母和角闪石,一般石英含量极少;全晶质等粒结构,块状构造;是深成侵入岩。其物理力学性质与花岗岩相似,但不如花岗岩坚硬,抗风化能力差。

e.正长斑岩:呈浅灰色或肉红色;矿物成分同正长岩;具斑状结构,斑晶主要为正长石,基质为微晶或隐晶结构,较致密,块状构造;是浅成侵入岩。

f.粗面岩:呈浅灰色或浅红色;矿物成分与正长岩相近;具斑状或隐晶结构,斑晶为正长石,基质多为隐晶质,带有细小孔隙,表面粗糙,是正长岩的喷出岩。

3)基性岩类。

a.辉长岩:灰黑或深绿色;主要矿物为辉石和斜长石,其次为角闪石和橄榄石;全晶质等粒结构;块状构造;其强度高,抗风化能力强。

b.辉绿岩:多为灰绿或黑绿色;主要矿物为辉石和斜长石;具有特殊的灰绿结构,其特征为粒状的辉石等暗色矿物充填在斜长石晶体的空隙中;常含有方解石、绿泥石等次生矿物;是浅成侵入岩;强度较高。

c.玄武岩:多为灰黑色、黑绿色至黑色;矿物成分与辉长岩相似;呈隐晶质细粒或斑状结构,斑晶为斜长石、辉石和橄榄石;气孔或杏仁状构造;是喷出岩。玄武岩致密坚硬、性脆,强度很高。

(二)沉积岩

沉积岩是在地表及其以下较浅的地方,由松散堆积物在常温常压的条件下经过压固、脱水、胶结和重结晶作用而形成的岩石。它是地壳表面分布最广、地表最常见的岩石类型。

1.沉积岩的形成

沉积岩的形成一般经历沉积物的生成、搬运、沉积及成岩作用四个过程。

(1)沉积物的生成。组成沉积岩的沉积物以先期岩石的风化产物为主,其次是生物堆积,还有少量的火山物质。原岩的风化产物指碎屑物质和非碎屑物质两部分。碎屑物质是先期岩石经物理风化的产物,是形成碎屑岩的主要物质。非碎屑物质包括真溶液和胶凝体两部分,是形成化学岩和黏土岩的主要成分。生物物质是由生物在生活活动中及遗体分解中形成的有机质。一般来说,单纯的生物堆积很少,只有在特定的环境和条件下,才能堆积形成岩石。

(2)沉积物的搬运。原岩的风化产物仅有小部分残留原地,而大部分的风化产物在流水、风、重力、冰的作用下搬运到其他地方。根据风化产物的不同,搬运方式可以分为机械搬运和化学搬运。

1)机械搬运。主要搬运对象为碎屑和黏土沉积物。流水和风的搬运方式有滚动、跳跃和悬浮。沉积物在搬运过程中,颗粒之间相互碰撞、摩擦,使得颗粒变小,并形成浑圆状。

2)化学搬运。主要搬运对象为化学沉积物。一般以真溶液或胶体溶液的方式搬运。化学搬运可将沉积物搬运至很远以外,直至湖、海等低洼地带。

(3)沉积物的沉积。沉积物在搬运过程中,一旦搬运介质速度降低或物理化学环境改变时,被搬运的物质就会沉积下来。一般分为机械沉积、化学沉积和生物沉积。

1)机械沉积。主要与搬运介质的动力和重力有关。当搬运动力逐渐减小时,由于被搬运物质的大小、形状、密度不同,它们按一定的顺序沉积下来。通常是大颗粒先沉积,球形比片状的先沉积,重的比轻的先沉积。

2)化学沉积。有真溶液和胶体溶液沉积两种。真溶液的沉积与溶液的pH值、温度及压力等因素有关,但主要取决于物质的溶解度。溶解度小的物质先沉淀出来,大的较后沉淀。胶体溶液的沉积主要是由于带正电荷的正胶体和带负电荷的负胶体相遇而凝聚,在重力的作用下沉积下来。而电解质的加入、胶体溶液的浓缩甚至脱水干燥,均可以引起胶体物质的凝聚和沉积。

3)生物沉积。主要指受生物活动影响的沉积或生物遗体的沉积。生物活动的影响体现在生物的生命活动可引起周围介质条件的变化,进而影响物质的沉积。生物遗体的沉积是有的生物死亡后,可直接堆积形成各种生物成因的岩石和矿产,如生物礁灰岩;有的生物遗体则会在成岩过程中转化成煤、石油和天然气等资源。

(4)沉积物的成岩作用。沉积物堆积下来以后,后续的沉积物覆盖在其上面,形成相对封闭的新环境,使其物质成分和结构均发生一系列变化,从而形成新的坚硬、完整的岩石,这个过程称为成岩作用。成岩作用主要包括以下四个方面:

1)压固脱水作用。上覆不断增厚的新沉积物的重力及其静水压力,使得下部沉积物孔隙减小、水分排出及密度增大、硬度增加。这种导致沉积物排水固结现象称为压固脱水作用。有时当静水压力达到一定程度时,有压溶作用发生,即沉积颗粒的接触部分会发生溶解。

2)胶结作用。松散的沉积颗粒由化学沉淀物或其他物质动结形成坚固岩石的作用称为胶结作用,它是碎屑岩成岩作用的重要环节。常见的胶结物有硅质、钙质、铁质和黏土质等。

3)重结晶作用。随着压力的增大和温度的升高,沉积物发生溶解、局部溶解和固体扩散,使得物质的质点重新排列,非晶质的胶体溶液脱水转化而变成结晶物质,微小的晶体晶粒加大而成粗大晶体,这些现象称为重结晶作用。

4)生成新矿物。在成岩作用过程中,沉积物不仅有体积和密度的变化,使松散的沉积物变成坚硬的沉积岩,而且其矿物成分也发生变化,生成与新环境的物理化学条件相适应的成岩矿物。如常见的石英、方解石、白云石、黄铁矿等成岩矿物。

2.沉积岩的物质组成

在沉积岩的物质组成中,黏土矿物、方解石、白云石及有机质等是沉积岩特有的矿物成分,也是区别于岩浆岩的一个重要特征。

(1)矿物成分。沉积岩中已发现的矿物有160余种,但常见的仅20多种。按成因可将其分为以下四类:

1)碎屑物质。原岩中抵抗风化能力强而残留下来的矿物。一般为化学性质稳定、难溶于水的原生矿物的碎屑,如石英、长石、白云母等。

2)黏土矿物。主要是含铝硅酸盐类矿物的原岩,经化学风化作用而形成的次生矿物,如高岭石、蒙脱石等。黏土矿物一般颗粒极细(粒径小于0.005mm),具有很强的亲水性、很大的可塑性及膨胀性。

3)化学沉积矿物。由纯化学作用或生物化学作用从真溶液和胶体溶液中沉淀结晶而产生的矿物。如方解石、石膏、白云石、蛋白石、铁和锰的氧化物或氢氧化物等。

4)有机质及生物残骸。由有机化学变化或生物残骸而形成的,如泥炭等。

(2)胶结物。沉积岩中将松散的沉积物颗粒联结起来的物质称为胶结物,它影响着沉积岩的颜色和坚硬程度,按成分可分为以下四类:

1)硅质胶结物。胶结成分为二氧化硅,胶结的岩石强度高,一般呈灰色。

2)铁质胶结物。胶结成分为氢氧化铁或三氧化二铁,胶结的岩石强度仅次于硅质胶结,常呈黄褐色或砖红色。

3)钙质胶结物。胶结成分为方解石等钙质物质,胶结的岩石强度比泥质胶结的岩石强度大,一般具有可溶性,易受侵蚀,常呈灰白色。

4)泥质胶结物。胶结物为黏土,胶结的岩石强度低,易碎、易湿软,易受风化,断面呈土状,颜色不定,常呈黄褐色。

3.沉积岩的结构

沉积岩的结构是指组成岩石成分的颗粒大小、形态及连接方式。通常是划分沉积岩类型的重要标志。根据其物质组成、颗粒的大小及形状等特点,一般可分为以下四类:

(1)碎屑结构。由碎屑物质被胶结物胶结而成,它是沉积岩所特有的结构。碎屑结构的特征主要体现在颗粒大小、形状和胶结物类型、胶结方式上。

1)按颗粒大小和磨圆度,可分为两类:①砾状结构:碎屑粒径大于2mm。碎屑形成后没有经过长距离的搬运而呈棱角状的,称为角砾状结构;碎屑经过长距离搬运、磨圆度好的称为砾状结构。②砂质结构:碎屑粒径为0.005~2mm,可进一步划分为:粗粒结构(0.5~2mm);中粒结构(0.25~0.5mm);细粒结构(0.05~0.25mm);粉砂质结构(0.005~0.05mm)。

2)按胶结物和胶结方式。胶结物的性质和胶结类型决定着碎屑岩的物理力学性质。胶结物是沉积物沉积之后滞留在颗粒间隙中的溶液经化学作用沉淀而成。胶结类型指胶结物与碎屑颗粒之间的关系,一般有以下三种类型:①基底胶结:胶结物含量大,碎屑颗粒散布在胶结物中。胶结方式最牢固,常是碎屑颗粒与胶结物同时沉积。②孔隙胶结:碎屑颗粒相互接触,胶结物充填在孔隙之中。胶结方式较坚固,胶结物是孔隙中的化学沉积物。③接触胶结:碎屑颗粒紧密接触,胶结物很少,存在颗粒接触处,是最不牢固的胶结方式。

(2)泥质结构。由粒径小于0.005mm的黏土颗粒组成,是泥岩、页岩等黏土岩类具有的结构。

(3)化学结构。化学结构是指由化学作用使溶液中沉淀的物质经结晶和重结晶后所形成的结构,是石灰岩、白云岩和硅质岩等化学岩的主要结构。

(4)生物结构。生物结构几乎全部由生物遗体或碎片组成,是生物化学岩所具有的结构,如贝壳结构、珊瑚结构等。

4.沉积岩的构造

沉积岩的构造是指沉积岩的各个组成部分的空间分布及其相互之间的排列关系,是沉积岩的最显著特征之一,主要体现在层理、层面、结核和化石等几个方面。

(1)层理构造。层理构造是沉积岩的最主要、最常见的原生构造,对于沉积岩的研究具有重要意义。在地质特征上与相邻层位不同的沉积层称为一个岩层,通常由两个平行或近于平行的界面(岩层面)所限制的同一岩性组成。岩层可以是一个单层,也可以是一组层。而层理是指一个岩层中物质的颗粒大小、成分、形状及颜色在垂直方向上发生变化时产生的纹理。分割不同性质岩层的界面称为层面,层面的形成标志着沉积作用的短暂停顿或间断,故层面上常分布着少量的黏土矿物或白云母等碎片,也是岩体在强度上的软弱面。

上、下两个层面之间的岩层在一定的范围内,生成条件基本一致的情况下形成的。它是组成地层的基本单元,不仅可以帮助确定该岩层的沉积环境,还可以帮助划分地层层序、进行不同地区及不同地层的层位对比。岩层的上下层面间的垂直距离为岩层的厚度。

夹在两厚层中间的薄层称为夹层。若岩层的一侧逐渐变薄至消失,称为尖灭;若两侧都尖灭,则称为透镜体(图2-4)。-如果岩层由两种以上不同岩性的岩层交互组成,则称为互层,如砂、页岩互层,-页岩、灰岩互层等。-夹层和互层反映了由构造运动或气候变化所导致的沉积环境的变化。

图2-4 岩层的几种形态

(a)正常层;(b)夹层;(c)变薄;(d)尖灭;(e)透镜体

由于沉积环境和条件的不同,可形成以下几种层理构造:

1)水平层理。层理面平直,且与层面平行,是在稳定的和流速很小的流体条件下沉积而成的[图2-5(a)]。

图2-5 部分层理类型

(a)水平层理;(b)单斜层理;(c)交错层理

2)单斜层理。不同的层理面向同一方向、大致平行的倾斜,且与层面斜交成一定角度,常是沉积物受流水或风的单向运动而形成的[图2-5(b)]。

3)交错层理。多组不同方向斜层理相互交错重叠,是由于流体运动方向频繁交替变换而成的[图2-5(c)]。

4)波状层理。层理面呈波状起伏,总方向与层面大致平行,是流体在波动条件下形成。

(2)层面构造。层面构造是指在沉积岩的层面上保留有反映沉积岩形成时水流、风、雨、生物活动等遗留下来的痕迹。常见的层面构造有如下几种:

1)波痕。在沉积物未固结时,由水、风和波浪作用在沉积物表面形成了波状起伏的痕迹。当岩石固化后则保留在岩层面上(图2-6)。

2)泥裂。由于气候干燥、日晒,沉积物(特别是黏土沉积物)层面失水干缩开裂,形成张开的多边形网状裂缝,-裂缝断面呈V形,裂缝在后期常被泥沙充填,-成岩后在岩层层面上保留下来-(图2-7)。

3)-雨痕。沉积物层面受雨点打击留下的痕迹,后期被覆盖而保留,-固结成岩后形成。

图2-6 波痕及其印模

图2-7 泥裂的立体示意图

(3)-结核构造。沉积岩中常含有成分、颜色、结构、构造等不同于周围岩石的圆球状或不规则形状的无机物包裹体,称为结核,通常都是沉积物的某些成分在地下水活动及交代作用下的结果。常见的结核有硅质、钙质、锰质等。

(4)化石构造。在沉积物沉积过程中,生物遗体、生物活动遗迹埋藏于沉积物中,随着成岩作用而石化成岩石的一部分,而形态却保留下来的构造称为化石构造。化石是沉积岩特有的构造特征,是研究地质发展演化和划分地质年代的重要依据。

5.沉积岩的分类及常见沉积岩的特征

(1)沉积岩的分类。根据沉积岩的成因、物质成分、结构和构造等,可将沉积岩划分碎屑岩、黏土岩、化学及生物化学岩三大类,见表2-4。

(2)常见沉积岩的特征。

1)碎屑岩类。碎屑岩由碎屑和胶结物两部分组成,具有碎屑结构,是原岩风化剥蚀的碎屑物质经搬运、沉积、固结而成的岩石。

a.角砾岩和砾岩:粒径大于2mm的碎屑颗粒含量占50%以上,棱角明显的为角砾岩,磨圆度较好的为砾岩。角砾岩和砾岩常为厚层,层理不太发育。角砾岩的成分较单一,而砾岩的成分较复杂,常由多种岩石碎屑和矿物颗粒组成。

表2-4 沉积岩分类

b.砂岩:粒径为0.005~2mm的碎屑颗粒含量占50%以上,黏土含量小于25%,具有砂质结构,层状构造,层理明显。根据砂状结构的粒径大小可将砂岩分为粗砂岩、中砂岩、细砂岩和粉砂岩;根据颗粒的成分可将砂岩分为石英砂岩、长石砂岩和长石石英砂岩等;根据胶结物的成分可将砂岩分为硅质砂岩、钙质砂岩、泥质砂岩和铁质砂岩等。硅质砂岩的颜色浅、强度高、抗风化能力强,泥质砂岩一般为黄褐色、吸水性强、易软化、强度低、抗风化能力差,而钙质砂岩和铁质砂岩的强度和抗风化能力介于前两者之间。

值得一提的是,碎屑岩中的胶结物的成分和胶结方式对其工程性质有较大影响,因此在工程施工中要给予重视。碎屑岩胶结物肉眼鉴定特征见表2-5。

表2-5 碎屑岩胶结物肉眼鉴定特征

2)化学岩及生物化学岩。化学岩及生物化学岩是指原岩在化学风化作用后形成的溶液中的物质,经一系列化学或生物化学作用而沉积形成的岩石。一部分由生物骨骼或甲壳沉积形成的岩石也划归此类。常见的此类岩石有以下四类:

a.石灰岩:主要矿物为方解石,其含量大于90%,另含少量白云石、粉砂粒和黏土矿物。纯石灰岩为浅灰白色,含杂质后呈灰红色、灰黄色、灰黑色等。硬度为3.0~4.0,性脆,以遇冷稀盐酸剧烈起泡为显著特征。根据其结构差异,可细分为普通石灰岩,鲕状、竹叶状石灰岩,介壳状、珊瑚状石灰岩等。石灰岩分布广泛,岩性均一,易于开采加工,不仅是用途广泛的建筑石科,也还是重要的水泥原料和冶金溶剂材料。

b.白云岩:主要矿物为白云石,常含少量方解石、石膏、菱铁矿和黏土矿物等。白云岩的外表特征与石灰岩很相似,一般颜色稍浅,纯白云岩为白色。硬度为4.0~4.5,遇稀盐酸不易起泡或微弱起泡,滴镁试剂会由紫色变蓝色。岩石露头表面常呈现刀砍状溶蚀沟纹(俗称“刀砍纹”)。白云岩的强度比石灰岩高,是良好的建筑材料。

c.泥灰岩:当石灰岩中的黏土矿物含量达25%~50%时,称为泥灰岩,常呈灰色、黄色,遇冷稀盐酸起泡,侵蚀面留有黏土物质。它在我国各地海、湖相沉积中均有分布,泥灰岩可作水泥原料和建筑石料。

d.硅质岩:主要由蛋白石、石髓和石英组成,SiO 2 含量为70%~90%。硅质岩分燧石、碧玉铁质岩和硅华等,以燧石最为常见。燧石岩致密坚硬性脆,颜色多呈灰黑色,锤击会有火花,常呈结核状、透镜状、层状产出。硅质岩有多种工业用途。如燧石以其硬度大,可作为研磨原料和硅质耐火材料;碧玉也以坚硬致密和色泽美丽作为细工石料。

(三)变质岩

变质岩是由变质作用所形成的岩石。地壳中先形成的岩浆岩或沉积岩在环境条件改变的影响下,矿物成分、化学成分以及结构构造发生变化而形成变质岩。它的岩性特征,既受原岩的控制,具有一定的继承性,又因经受了不同的变质作用,在矿物成分和结构构造上又具有新生性(如含有变质矿物和定向构造等)。变质岩在地球表面的分布约占陆地面积的1/5。地质年代中较古老的岩石,大部分是变质岩,岩石生成年代越久远,变质程度越深,变质岩所占的比重也越大。如前寒武纪的岩石几乎都是变质岩。变质岩的结构、构造和矿物成分均较复杂,地质构造及裂隙较发育,一般变质岩分布区的工程地质条件较差,对工程建设有很多不利影响。例如,宝成铁路沿线的几处大型崩塌和滑坡都发生在变质岩区。

1.变质岩的形成

在地球内外动力作用下,岩石的矿物成分及结构构造发生改变以适应新的地质环境和新的物理化学条件,这种能引起岩石性质发生改变的地质作用称为变质作用。变质作用主要有接触变质作用、交代变质作用、动力变质作用和区域变质作用。变质作用基本上都是原岩在原位进行的,所以变质岩的产状与原岩的产状基本一致,即残余产状。由岩浆岩形成的变质岩称为正变质岩,而由沉积岩形成的变质岩称为副变质岩。

引起变质作用的主要因素有以下三个方面:

(1)高温。高温是引起岩石变质的最基本、最重要的因素,大部分的变质作用都是在高温条件下进行的。一方面,高温可以使原岩中元素的化学活性增大,使得岩石发生重结晶形成新的结晶结构;另一方面,高温可以促进矿物间的化学反应,产生新矿物。

(2)高压。引起岩石发生变质的高压,主要有上覆岩层重量产生的静压力和地质构造运动产生的动压力两种。

1)静压力。由上覆岩体的重量引起,随着深度的增大而逐渐增大。原岩在静压力的长期作用下孔隙减小,岩石会变得致密坚硬,矿物的结晶格架改变而形成新的矿物。同时,在静压力与温度的共同作用下,岩石的塑性增强,比重增大,常形成一些体积较小、比重较大的变质矿物,如石榴子石等。

2)动压力。由地质构造运动产生的定向横压力,常与区域地质构造作用强度有关。在动压力的作用下,岩石和矿物会发生变形和破裂,形成各种破裂构造。通常,伴随着静压力和温度的升高,在最大压力方向上,矿物被压溶;在垂直最大压力方向上,针状和片状矿物定向生长,矿物重新组合并发生重结晶作用,形成变质岩特有的片理构造。

(3)化学活动性流体的加入。在岩石发生变质作用的过程中,岩浆活动带来的包括水蒸气、O 2 、CO 2 ,含活泼性B、S等元素的气体和液体起到溶剂的作用。在温度和压力的共同作用下,这些化学活动性较强的流体与围岩接触,使得矿物发生化学替换、分解,形成新的变质矿物,从而改变了原岩的矿物成分。

2.变质岩的物质组成

(1)化学成分。变质岩的化学成分主要取决于原岩的化学成分。当有交代作用发生时,其化学成分会发生很大的变化。通常正变质岩的化学成分变化范围较小,而副变质岩的变化范围较大。变质岩的化学成分主要有:SiO 2 、A1 2 O 3 、Fe 2 O 3 、FeO、MnO、MgO、CaO、K 2 O、Na 2 O、H 2 O、CO 2 、TiO 2 、P 2 O 5 等。

(2)矿物成分。组成变质岩的矿物分为两部分:一部分是原岩中保留下来的,主要有石英、长石、角闪石、解石、云母、方解石、白云石等;另一部分是变质作用中产生的新的变质矿物,是变质岩特有的矿物,也是鉴别变质岩的重要标志,主要有石榴子石、红柱石、滑石、阳起石、绿泥石、蓝晶石、蛇纹石、透闪石、绢云母等。

3.变质岩的结构

变质岩几乎全是结晶结构,但变质岩的结晶结构是经过重结晶作用形成的,根据变质程度的不同,可将变质岩的结构分为以下几种。

(1)变晶结构。变晶结构是变质岩的特征性结构,是原岩在固态条件下矿物再结晶形成的。变质程度较深,岩石为全晶质,没有非晶质成分。与岩浆岩的结构相似,所以在描述变质岩的结构时,常在前加“变晶”以示区别。

(2)变余结构。变质作用不彻底,变质程度较浅,原岩的矿物成分和结构特征一部分被保留下来所构成的结构称为变余结构。变余结构对判别原岩的性质和类型具有重要意义,如泥质砂岩在变质作用后,泥质胶结物变成绢云母和绿泥石,其中的碎屑成分不发生变化,则形成变余砂状结构。若原岩是岩浆岩,则会出现变余斑状结构、变余花岗岩结构等。

4.变质岩的构造

变质岩的构造主要是片理构造和块状构造。其中片理构造是变质岩所特有的,是从构造上区别于其他岩石的一个显著标志。

(1)片状构造。重结晶作用明显,大量的片状、针状矿物沿片理面富集,呈平行排列,片理薄而清楚,沿片理面很容易剥开成不规则的薄片,光泽较强,是变质较深的构造,如云母片岩等。

(2)千枚状构造。片理薄而清晰,片理面较平直,片理面上有许多细小的绢云母鳞片,呈规律排列,容易裂开呈千枚状,具丝绢光泽,是区域变质较深的构造,如千枚岩。

(3)片麻状构造。颗粒粗大,片理不规则,深色矿物与浅色矿物相间呈条带状分布,仅含少量的片状和柱状矿物断续平行排列,沿片理面不易裂开,是变质最深的构造,如片麻岩等。

(4)板状构造。片理厚,片理面平直,重结晶作用不明显,颗粒细密,光泽暗淡,沿片理面裂开成厚度一致的板状,片理面偶有绢云母、绿泥石出现,是变质最浅的构造,如板岩等。

(5)块状构造。岩石由粒状矿物组成,矿物均匀分布,无定向排列现象,不能定向裂开,如大理岩、石英岩等。

5.变质岩的分类及常见变质岩的特征

(1)变质岩的分类。根据矿物成分、结构、构造和变质作用类型,可以将变质岩分为三大类:片理状岩类、块状岩类和构造破碎岩类,详见表2-6。

表2-6 常见变质岩分类

(2)常见变质岩的特征。

1)板岩。由泥质岩石经过较浅的区域变质作用而形成的一种结构均匀、致密、具有板状劈理的岩石,主要矿物成分为黏土矿物、云母及绿泥石等。其结晶程度很差,尚保留较多的泥质成分,具有变余泥质结构,板状构造。矿物颗粒极细小,肉眼一般无法分辨,可在板理面上见有散布的绢云母或绿泥石鳞片。因板岩具有沿板理面裂开成平整石块的特点,被广泛用作建筑石材。

2)千枚岩。变质程度比板岩深,原岩的泥质结构一般观察不出,矿物大多已发生重结晶,颗粒比板岩粗大,主要矿物成分为绢云母、绿泥石和石英等,具有变余及显微鳞片变晶结构,千枚状构造。此类岩石质地软,用途不大。

3)片岩。变质程度较板岩、千枚岩要高,重结晶的矿物颗粒粗大,肉眼可以直接观察,主要矿物成分为云母、绿泥石、滑石等,具有显晶变晶结构,片状构造。片岩中不含或很少含长石,而片麻岩含粗粒长石,这是片岩与片麻岩的区别。片岩的岩性软弱,抗风化能力差,用途不大。

4)片麻岩。由各种沉积岩、岩浆岩和变质岩经过变质形成,岩石变质程度较深,矿物大都发生重结晶,结晶粒度较大,肉眼可辨识。矿物成分以长石、石英为主,其次为云母、角闪石、辉石等,中、粗粒粒状变晶结构,片麻状构造。此类岩石在垂直片理的方向上强度最大,可以加工成石板作为建筑材料。

5)大理岩。由石灰岩、白云岩经区域变质或接触变质作用而生成,以碳酸盐矿物为主,主要是方解石,遇到稀冷盐酸会强烈起泡,具有等粒变晶结构,块状构造。纯大理岩为白色,称汉白玉,还有浅红色、浅绿色、深灰色等,因含杂质可呈现美丽的花纹,可广泛用作装饰及雕刻原料。

6)石英岩。由较纯的石英砂岩经变质作用而成,变质后石英颗粒和硅质胶结物合为一体,主要矿物成分为石英,含量可达85%以上,具有等粒变晶结构,块状构造。纯石英岩为白色,因含杂质而呈灰色、黄色和红色等。石英岩强度很高,抗风化能力很强,是良好的建筑石材,但是开采、加工较为困难。

7)蛇纹岩。由富含镁质的超基性岩经过接触交代变质作用而成,主要矿物为蛇纹石,含少量石棉、滑石及磁铁矿等,隐晶质结构,块状构造,质软,略有滑感。

8)断层角砾岩。断层错动带中的岩石在动力变质作用下被挤碾成角砾状碎块,经胶结作用而成断层角砾岩。碎块大小不一,形状各异,成分同原岩,胶结物多为细粒岩屑和溶液中的沉淀物。

9)糜棱岩。由于原岩遭受强烈挤压破碎后所形成的一种粒度较细的动力变质岩,是韧性断层岩中的典型断层岩,糜棱岩通常在较高温度、压力及低应变速率条件下晶体发生塑性变形而形成。其矿物成分与原岩相同,有时含一些新生的变质矿物,如绢云母、绿泥石、滑石等,具典型的糜棱结构,块状构造。糜棱岩强度低,容易形成软弱夹层和引起渗漏,对岩体稳定不利。 j90vdX0tpuugKaKOMGw24hWu0rYVRmYaU3JNR0HYxE1kzdh4hrcHA0zVBavoUgWo

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