第二章6-7节变质岩、岩石性质

1、第六节变质岩一、变质岩的形成和变质作用变质岩是地壳中的先成岩石经变质作用形成的岩石 变质作用 指由地球内力作用促使原来岩石的矿物成分及结构构造发生变化的作用（P25、P8）二、变质作用的因素及类型（P25）引起变质作用的因素主要有：高温、高压、具有化学活泼性流体（新的化学成分的加入）及时间变质作用的类型（P25）按变质作用的主要因素和地质条件，可将变质作用分为以下四种主要类型：接触变质作用、区域变质作用、混合岩化作用、动力变质作用接触变质作用（P25）指发生在侵入岩与围岩之间的接触带上，并主要由 温度和挥发物所引起的变质作用 产生接触热变质作用的主要因素是高温 产生接触交代变质作用的主要因素是

2、高温和化学活泼 性流体（新的化学成分的加入）（补充） 接触变质带的岩石一般较破碎，裂隙发育，透水性大，强度较低接触热变质作用接触交代变质作用区域变质作用（P25）是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综合作用引起的变质作用 产生区域变质作用的主要因素是高温、高压及化学活泼性流体混合岩化作用（介于变质作用和岩浆作用之间）是指原有的区域变质岩体与岩浆状的流体互相交代而形成新岩石（混合岩）的作用 产生混合岩化变质作用的主要因素是高温化学活泼性流体动力变质作用（碎裂变质作用）指在地壳构造运动时产生的强烈定向压力使岩石发生的变质作用 产生动力变质作用的主要因素是高压 特征是常与

3、较大断层带伴生，原岩破碎、变形等三、变质岩的矿物成分（P26）组成变质岩的矿物成分可分两部分： 一部分是与岩浆岩或沉积岩中所共有的矿物如石英、长石、云母、角闪石、方解石、白云石等 另一部分是变质作用后产生的变质岩特有的变质矿物如红柱石、硅线石、蓝晶石、硅灰石、刚玉、绿泥石、绿帘石、绢云母、滑石、叶腊石、蛇纹石、石榴子石、石墨等变质矿物具有变质分带指示作用，如：（P26）绿泥石、绢云母、蛇纹石多出现在浅变质带白云母、黑云母、蓝晶石代表中变质带硅线石、硅灰石则存在于深变质带中 变质矿物是鉴定变质岩的可靠依据。根据变质矿物，可把变质岩与其他岩石区别开来硅灰石红柱石石榴子石滑石蛇纹石石墨十字石绿泥石绢

4、云母四、变质岩的结构（P26）可分为变余结构在变质过程中，由于变质程度较轻，变质重结晶进行的不完全，原岩的矿物成分和结构特征被部分地保留下来，这样形成的结构称为变余结构 一般原岩的粒度愈粗，矿物成分愈稳定，愈易形成变余结构。如砂砾岩经变质后，常保留有砾石或砂粒外 形，但胶结物已变为绢云母、绿泥石等矿物或有明显 的重结晶，形成变余砾状结构或变余砂状结构变余结构变晶结构碎裂结构变晶结构（P26）就是结晶结构指原岩在固态条件下由重结晶和变质结晶作用形成的晶质结构 变晶结构是变质岩中最常见、最主要的结构，大多数变质岩都有深浅程度不同的变晶结构 变质岩的变晶结构和岩浆岩的结晶结构有些相似，但不同之处是变

5、质岩均为全晶质，没有非晶质成分。为了区别起见，一般在变质岩结构名称上加“变晶”二字，如等粒变晶结构和斑状变晶结构等（补充）1、根据变晶矿物的相对大小划分：（P26）等粒变晶结构不等粒变晶结构斑状变晶结构2、等粒变晶结构按变晶矿物晶粒的绝对大小划分：粗粒变晶结构中粒变晶结构细粒变晶结构变晶的粒度一般随变质程度的增强而加大3、按变晶矿物的形态划分：（P2627）粒状变晶结构角岩结构鳞片变晶结构纤状变晶结构碎裂结构（P27）碎裂结构是由于岩石在低温下受定向压力作用，当压力超过其强度极限时发生破裂、错动，形成碎块甚至粉末状后又被胶结在一起的结构 常具条带和片理，是动力变质岩中常见的结构 根据破裂程度可

6、分为：碎裂结构、碎斑结构、糜棱结构等五、变质岩的构造（P27）主要有五种类型主要有变余构造和变成构造1、变余构造是岩石经变质后仍保留有原岩部分的构造特征的构造 变余构造是恢复原岩的重要依据。如变余气孔构造、变余杏仁构造、变余层理构造 变余层理构造2、变成构造（P27）是由变质作用所形成的新的构造 在变质岩中占有重要地位。常见类型如下：是片理状变质岩命名的依据片理构造，是变质岩特有的、最常见、最典型的构造（补充）片理板状构造千枚状构造片状构造 片麻状构造块状构造板状构造（P27）为一般泥质或硅质岩受应力后产生的一组平行破裂面，使岩石呈板状剥离，板状劈理常与原始层理斜交。岩石可伴有轻微的重结晶，但

7、肉眼分辨不出矿物颗粒，表面光滑平整，光泽微弱。变质程度最浅 是板岩的构造，易沿片理面裂开成厚度一致的薄板千枚状构造（P27）是岩石中组份以基本重结晶，且矿物已初步定向排列，但结晶程度较弱，肉眼尚不能分辨不出矿物颗粒，仅在岩石自然破裂面上可见强烈的丝绢光泽。岩石发育小的褶皱和挠曲，在手标本上有时明显可见。变质程度较浅 是千枚岩的构造，易沿片理面劈成薄片状片状构造（P27）是岩石中所含大量片状和粒状矿物都呈平行排列，岩石组份在定向压力下产生变形，转动或受应力溶解、再结晶而成。岩石中各组份全部重结晶、且肉眼可分辨出矿物颗粒，这一点是与上述定向构造不同的。光泽较强。变质程度较深 是片岩的构造，沿片理面

8、易剥开成不规则的薄片片麻状构造（P27）岩石具显晶质变晶结构，以粒状矿物为主，深色的片状或柱状矿物定向排列，但因数量不多而使得彼此不连接，被浅色的粒状矿物（长石、石英）所隔开，呈不连续条带状。变质程度最深 是片麻岩的构造，沿片理面不易劈开 块状构造（P27）是岩石中的矿物均匀分布、结构均一、无定向排列 的构造 是大理岩和石英岩的构造，不能定向劈开 对变质岩的变成构造观察最好要遵循一定步骤：P27 先观察岩石中各组份是否具有定向性 若具有定向性，再根据重结晶程度和颗粒的肉眼分辨 程度依次确定板状、千枚状、片状、片麻状等构造 若岩石不具有定向构造，则可直接确定为块状构造六、变质岩的分类与主要变质岩

9、1、变质岩的类型（P28）根据变质岩的构造、结构和矿物成分和变质作用类型，将变质岩划分为三大类。常见的变质岩分类（表2-5）补充变晶结构变余结构部分变晶结构 补充2、主要变质岩及其特征片麻岩（P28） 由岩浆岩变质而成的称正片麻岩由沉积岩变质而成的称副片麻岩 具典型的片麻状构造 粒状变晶结构，因发生重结晶，一般晶粒粗大，肉眼可以辨识 浅色矿物多为石英和长石，深色矿物多为黑云母、角 闪石等，深色、浅色矿物各自形成条带状相间排列 片麻岩可根据矿物成分进一步分类和命名，如花岗片 麻岩、角闪石片麻岩、黑云母片麻岩等 片麻岩一般抗压强度较高。若云母含量增多，强度大 为降低。因片理发育，故易风化 片麻岩在

10、我国华北、东北、内蒙等地广泛分布，为古 老的太古界地层片岩（P28） 片状构造 变晶结构（补充） 矿物成分主要由云母和石英组成，其次为角闪石、绿泥石、滑石、石墨、石榴子石等。以不含长石区别于片麻岩。根据所含矿物成分不同可分类为云母片岩、绿泥石片岩、角闪石片岩、滑石片岩等片岩的强度较低，抗风化能力差，极易风化剥落，由于片理发育，岩体易沿片理裂开板岩（P28） 多是页岩经浅变质而成 多为深灰至黑灰色，也有绿色及紫色 主要成分为硅质和泥质矿物组成，肉眼不易辨别 板状构造 变余结构，部分变晶结构（补充） 沿板状构造易裂开成薄板，打击时有清脆，可与页岩区别。能加工成各种尺寸的石板，作为建筑材料。 板岩透

11、水性弱，可作隔水层加以利用，但在水的长期作用下易于软化泥化形成软弱夹层千枚岩（P29） 多由粘土岩变质而成 矿物成分主要为石英、绢云母、绿泥石等，但晶粒极细小、致密，肉眼不能直接辨别 外表常呈黄绿、褐红、灰黑等色。由于含有较多的绢云母， 片理面常有微弱的丝绢光泽 千枚状构造 变晶结构（补充） 千枚岩的质地松软，强度低，抗风化能力差，容易风化破碎剥落，在荷载作用下易产生蠕动变形和滑动破坏石英岩（P29） 由石英砂岩和硅质岩变质而成 矿物成分以石英为主，其次为云母、磁铁矿和角闪石 常呈白色，含铁质氧化物时呈红褐色或紫褐色，油脂光泽 块状构造 变晶结构（补充） 硬度和强度很高，抵抗风化的能力很强，可

12、作为良好的建筑地基，是良好的建筑石料，但因性脆，较易产生密集性裂隙，影响建筑物的稳定与安全大理岩（P29） 由石灰岩或白云岩经重结晶变质而成 块状构造 具有细粒、中粒和粗粒等粒变晶结构（补充） 主要矿物成分为方解石和白云石 纯大理岩呈白色，称为“汉白 玉”，含有杂质时带有灰色、黄色、蔷薇色，具有美丽花纹 大理岩硬度较小，遇稀盐酸起泡，故易鉴别。强度中等，易于开采加工，色泽美丽，是一种很好的建筑装饰石料。具有可溶性七、变质岩的鉴别方法（补充）鉴别变质岩时，可以先从观察岩石的构造开始。根据构造，首先将变质岩分为片理构造和块状构造的两类。然后可进一步根据片理特征、结构和主要矿物成分，分析所属的亚类，

13、确定岩石的名称 例如：有一块具片理构造的岩石，其片理特征既不 同于板岩的板状构造，也不同于云母片岩的片状构 造，而是一种粒状的浅色矿物与片状的深色矿物， 断续相间成条带状分布的片麻构造，因此可以判断， 这块岩石属于片麻岩。是什么片麻岩呢，经分析， 浅色的粒状矿物主要是石英和正长石，片状的深色 矿物是黑云母，此外还含有少许的角闪石和石榴子石，可以肯定，这块岩石是花岗片麻岩岩石的工程性质指岩石与工程建筑有关的各种性质 主要包括（P29） 岩石的工程性质对岩体的工程地质性质起着重要作用一、岩石工程地质性质的常用指标（P29） 这些常用的指标是对岩性进行定量评价的依据和必要 的工程计算参数岩石的物理性

14、质（P29） 岩石的物理性质是岩石的基本工程地质性质，主要是指岩石的重力性质和空隙性质岩石的物理性质岩石的水理性质岩石的力学性质第七节岩石的工程性质1、岩石的重力性质（P29）岩石的重力性质是岩石最基本的物理性质之一， 一般用比重和密度等指标表示岩石的相对密度（比重）ds是岩石固体部分的质量与同体积的4时纯水的质量之比P29此处改错ms岩石固体部分的质量，gVs岩石固体部分的体积，cm3 纯水在40C时的密度，r= 1g / cm3ww 岩石比重取决于组成岩石的矿物的比重及其在岩石中的相对含量。组成岩石的矿物的比重大、含量 多，则岩石的比重大 常见岩石的比重多为2.53.3d= ms sV r

15、sw岩石的密度和重度（P30）岩石的密度（也称容重） 是指单位体积岩石的质量m岩石的质量，gV岩石的体积（包含空隙体积），cm3岩石的重度是指单位体积岩石的重力W=mgW岩石的重力，KN（kN/m3）V岩石的体积（含空隙体积），m3 的大小，取决于组成岩石的矿物成分，空隙性及其 含水情况。大多数岩石的重度在2331kN/m3 在相同条件下的同一种岩石，如重度大，说明岩石的 结构致密、空隙性小，岩石的强度和稳定性相对较高g=W=r gVr =mV2、岩石的空隙性（P30）是指岩石孔隙性和裂隙性的统称 它反映岩石中各种空隙的发育程度，对岩石的强度和稳定性产生重要的影响 岩石的空隙性常用空隙率n表示

16、 空隙率（孔隙率） n是指岩石空隙体积与岩石总体积之比，以百分数表示Vv岩石中空隙总体积，m3V=Vs+ VvV岩石总体积，m3 n的大小，主要决定于岩石的结构和构造，同时也受风化或构造作用等因素的影响。一般坚硬岩石的n小于23%，但部分砾岩、充填胶结差的砂岩等碎屑沉积 岩，n可达1020%。而未受风化或构造作用的侵入岩和某些变质岩等结晶岩类，其n一般很小n=Vv 100%V岩石的水理性质（P30）是指岩石与水作用时的性质 包括岩石的吸水性、透水性、溶解性、软化性、 抗冻性等1、岩石的吸水性（P30）是指岩石在一定试验条件下的吸水性能 吸水性取决于岩石空隙数量、大小、开闭程度和分布 情况 表示

17、吸水性的指标有吸水率、饱水率和饱水系数岩石的吸水率1 （P30）是指岩石在常压条件下吸入水的质量m1 与干燥岩石质量ms之比，用百分数表示w= mw 1 100%1ms 1大，则水对岩石的侵蚀、软化作用愈强，岩石强度和稳定性受水作用的影响也就越显著（补充）岩石的饱水率2（P30）是指在高压（150个大气压）下或真空条件下岩石吸入水的质量m2 与干燥岩石质量ms之比，用百分数表示 在高压（150个大气压）下或真空条件下通常认为水能进入所有张开型空隙中。饱水率反映总张开型空隙发育程度，可用来间接判定岩石抗冻性和抗风化能力（P30）w= mw 2 100%2ms岩石的饱水系数Ks （P31）指岩石的

18、吸水率与饱水率的比值 多数岩石的饱水系数在0.50.8之间，饱水系数愈大， 岩石的抗冻性愈差。一般认为饱水系数小于 0.8的岩石是抗冻的（P31）2、岩石的透水性（P31）是指岩石允许水通过的能力 透水性的大小，主要取决于空隙的大小和连通情况 透水性用渗透系数k 来表示。k相当于水力坡降i为1时的渗透速度v，单位用m/d或cm/s表示v = kiP78 k越大，渗透性越强（补充） 常见岩石的渗透系数值，见P31表2-6K=w1 sw23、岩石的溶解性（P31）是指岩石溶解于水的性质 常用溶解度或溶解速度来表示 常见的可溶性岩石有石膏、盐岩、石灰岩、白云岩及大理岩等（P31、P142） 岩石的溶

19、解性，主要取决于岩石的化学成分，且和水 的性质有密切关系。淡水一般溶解能力较小，而富含CO2的水，则具有较大的溶解能力4、岩石的软化性（P31）是指岩石在水的作用下，强度及稳定性降低的一种性质 软化性主要取决于岩石的矿物成分、结构和构造特征。如粘土矿物含量高、孔隙率大、吸水率高的岩石，与水作用易软化使其强度和稳定性降低甚至丧失 岩石软化性的指标是软化系数Kd（P31） 软化系数Kd指岩石在饱水状态下的极限抗压强度R与岩石在风干状态下极限抗压强度Rd的比值 软化系数值越小，表示岩石在水作用下的强度和稳定性越差 未受风化作用的岩浆岩和某些变质岩，软化系数大都接近于1，是弱软化的岩石，其抗水、抗风化

20、和抗冻性强；软化系数小于0.75的岩石，认为是强软化的岩石，工程性质比较差，如粘土岩（P31）K=RwdRd5、岩石的抗冻性（P32）是指岩石抵抗冰冻作用的能力 冰冻作用岩石孔隙中有水存在时，水一结冰，体积膨胀，就产生巨大的压力。这种压力的作用，会促使岩石的强度和稳定性破坏 岩石抗冻性可用强度损失率和质量损失率表示强度损失率Rt （抗压强度降低率）（P32）是指饱和岩石在一定负温度（-250C）条件下，冻融1025次（视工程具体要求而定，有的要求冻融100200次或更高），冻融前后的抗压强度之差与冻融前的抗压强度的比值，以百分数表示Rs2冻融前饱和岩石抗压强度Rs1冻融后饱和岩石抗压强度R=

21、Rs2 - Rs1 100%tRs2质量损失率mt（P32）是指饱和岩石在一定负温度（-250C）条件下，冻融1025次（视工程具体要求而定，有的要求冻融100200次或更高），冻融前后干试样质量之差的比值与冻融前干试样质量的比值 ，以百分数表示mm冻融前干试样质量s2冻融后干试样质量s1 岩石强度损失率与质量损失率的大小，主要取决于岩石开型孔隙发育程度、亲水性和可溶性矿物含量，以及矿物颗粒间连接强度。开型孔隙越多越大，亲水性和可溶性矿物含量越多，则强度损失率越高；反之越低。一般认为，强度损失率小于25%或质量损失率小于2%的岩石为抗冻的(P32)m= ms2 - ms1 100%tms2岩石

22、的力学性质（P32）是指岩石在各种静力、动力作用下所表现的性质 主要包括岩石的变形和强度 岩石在外力作用下，先发生变形，当外力继续增加到某一数值后，就会产生强度破坏1、岩石的变形 表征岩石变形的指标主要有：弹性模量、变形模量和泊松比弹性模量E （P32）是应力与弹性应变的比值应力（Pa）y弹性应变 E越大，变形越小，岩石抵抗变形的能力越高（补充）E=sey变形模量E0 （P32）是应力与总应变的比值 弹性应变（Pa）y0塑性应变泊松比（P3233）岩石在轴向压力的作用下，横向应变1与纵向应变的比值 越大，岩石受力作用后的横向变形越大 岩石的泊松比一般在0.20.4之间m=e1eE=s0e+ e

23、0y2、岩石的强度（P33） 岩石的强度 是岩石抵抗外力破坏的能力 岩石的强度和应变形式有很大关系 岩石受力作用破坏的有压碎、拉断、剪断等形式，故岩石的强度可分为：抗压强度、抗拉强度、抗剪强度抗压强度R （P33、P226）是岩石在单向压力作用下,抵抗压碎破坏的能力P岩石破坏时的压力，N F岩石受压面面积，m2即（Pa） 岩石抗压强度是重要的力学指标，工程上应用广泛 抗压强度的大小，主要取决于岩石的结构和构造，同时受矿物成分和岩石生成条件的影响，故各种岩 石的R 差别很大，常见岩石极限抗压强度见表2-7R=P F抗剪强度（P33）是指岩石抵抗剪切破坏的能力，以岩石被剪破时的极限应力表示根据抗剪

24、试验的三种不同形式，岩石抗剪强度可分为：抗剪断强度、抗剪强度、抗切强度 P226227抗剪强度包线（-曲线）1）抗剪断强度b（P226）是在垂直压力作用下的岩石剪断强度（补充）即 tb=s tan j+c式中：破裂面上的法向应力，Pa（P33）岩石的内摩擦角岩石的抗剪强度指标c岩石的内聚力，Pa 因坚硬岩石有牢固的结晶联结或胶结联结，故其抗剪断强度一般都较高（补充）2）抗剪强度c（P227）是沿已有破裂面发生剪切滑动时的抗剪强度（补充）tc=s tan j即 抗剪强度大大低于抗剪断强度（补充）3）抗切强度y（P227）是垂直压力等于零时的岩石剪断强度t y=c即抗拉强度（P34、P227）是岩

25、石单向拉伸时抵抗拉断破坏的能力，以拉断破坏时的最大张应力表示 岩石的抗压强度最高，抗剪强度居中，抗拉强度最小 岩石越坚硬，其值相差越大，软弱的岩石差别较小 岩石的抗剪强度和抗压强度，是评价岩石（岩体）稳定 性的指标，是对岩石（岩体）的稳定性进行定量分析的依据（P34） 由于岩石的抗拉强度很小，所以当岩层受到挤压形成 褶皱时，常在弯曲变形较大的部位受拉破坏，产生张性裂隙（P34）二、影响岩石工程地质性质的因素（P34）主要有两个方面： 一方面是岩石的地质特征，如岩石的矿物成分、结构、构造及成因等 另一方面是岩石受外部因素的影响，如水及风化作用等其它因素补充矿物成分（P34） 若岩类、结构和构造都相同，而矿物成分不同，岩石的物理力学性质会有明显的差别，如石英岩的抗压强度比大理岩高，因为石英的强度比方解石高 若强度较高的矿物在岩石中互不接触，岩石受力后， 应力的传递会受中间低强度矿物的影响，岩石强度就 不一定高，故应注意可能降低岩石强度的因素，如花 岗岩中若黑云母含量过高，因黑云母硬度低，解理发 育，易受风化剥落，也易发生次生变化，成为强度较 低铁氧化物和粘土矿物，使花岗岩的强度和稳定性降 低结构（P34）根据岩石的结构特征，可将岩石分为两类： 一类