4第一章岩石.doc

PAGE  PAGE 41 第一章 岩 石 本章内容学习要求： 1、了解地球的物理性质和内部圈层构造，掌握地质作用的特点及其表现形式，理解岩石赋存的大环境； 2、了解矿物的物理性质和三大岩类（岩浆岩、沉积岩和变质岩）的形成过程，重点掌握三大岩类的结构、构造特征； 3、掌握影响岩石工程性质的因素，了解岩石的工程分类。 人类的一切工程活动都是在地球的表面进行的。地球的表面—地壳，是由各种各样的岩石组成的，岩石是由矿物组成的。矿物的成分、性质及其在各种地质因素作用下所发生的变化，都会对岩石的工程性质产生影响。因此在从事各项工程建筑活动时，就要先了解岩石及岩石在各种地质条件下的变化，进而对岩石的工程性质做出评价。 第一节 地球概况 一、地球的物理性质 地球是太阳系中九大行星之一，其形状是一个平均半径约为6371km的旋???椭球体，经历了大约45.5亿年的演化过程。 地球的物理性质包括地球的重力、密度、压力、温度等。 1.重力 重力是地心引力和由地球自转而产生的惯性离心力的合力。地球周围受重力影响的空间称重力场。地表上某一点的重力场强度就相当于该点的重力加速度。地表的重力加速度以赤道最小(9.78m/s2)，两极最大(9.83m/s2)，平均为9.8m/s2。 2.密度 地球的平均密度为5.517g/cm3，根据实际测定的固体地球表面岩石的平均密度为2.7?2.9g/cm3，而覆盖地球表面3/4的水的密度近似为1g/cm3，地球内部物质应具有比地表更大的密度。根据推算，地心物质平均最大密度值可达13 g/cm3。地球稳定自传的事实也表明，地球的密度随深度的增加而增大。 3.压力 地球内部的压力主要来自于上覆物质的重力所产生的静压力。 地球内部压力随着深度的增加而递增。一般认为，深度每增加4.4m，压力增加0.1MPa。地下lOkm处压力约为300MPa；40km处为1000MPa，岩石在此压强下将要发生软化。 4.温度 地球温度主要来源于太阳的辐射热能、放射性元素蜕变产生的热能、重力能和旋转能。地球温度可以分为三层，自上而下分别为变温层、常温层和增温层，变化规律为随着深度的增加而递增。变温带是固体地球表层大陆上的温度层，温度主要来源于太阳的辐射热能，它随纬度高低、海陆分布、季节、昼夜、植被等的变化而不同，该层平均深度为15m左右。常温层位于变温带的下面，温度常年保持不变。增温层位于常温层以下，其热能主要来自于放射性元素蜕变产生的热能，其次是重力能、旋转能等转化产生的热量。通常把每向下加深lOOm所升高的温度称为地热增温率(地热梯度)，一般为0.9?5℃。根据实测和推算，在地下lOOkm深处的温度大约1300?C左右。地球内部较高的温度产生的地热能，为人类的能源开发利用提供了新的供体。 5.磁性 地球是一个磁化的球体，类似一个巨大的磁铁，在它的周围空间存在着磁场，称为地磁场。地磁场的南北两极与地理南北两极并不重合，地磁子午线与地理子午线的夹角为磁偏角。指南针正是依据地磁场的特点为人们指示方向的。 二、地球的内部圈层构造 目前根据对地震资料的研究，发现地球内部地震波的传播速度在两个深度上作显著跳跃式的变化，反映出地球内部物质以这两个深度作为分界面，上下有显著的不同。上分界面称为“莫霍面”，它位于地表以下平均33km处；下分界面称“古登堡面”，位于地表以下2 900km处。根据这两个分界面，目前把地球内部圈层构造分为地壳、地幔和地核三个层圈(如图1-1)。 图1-1 地球的圈层构造 1.地壳(0?33km) 地壳指地球外表的一层薄壳，平均厚度为33km，主要由固体岩石组成。根据岩石的物质组成，地壳可分硅铝层和硅镁层两层，构成硅铝层的岩石相当于花岗岩类，又称花岗岩质层；构成硅镁层的岩石相当于玄武岩类，又称玄武岩质层。按分布状态不同又可分为大陆地壳和大洋地壳。大陆地壳厚度大且呈双层结构，上层为花岗岩质层，一般厚15?20km，下层为玄武岩质层，厚度为15?20km；大洋地壳厚度小，呈单层结构，以玄武岩质层为主，大洋地壳厚度较薄，平均仅5-6km，缺乏硅铝层，硅镁层直接出露于洋底。 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几种，它们占地壳总质量的99.96％。具体组成如下： 氧(O)：46.95；硅(Si)：27.88；铝(A1)：8.13；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。 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(火成)