工程地质室内实验指导书.doc

《工程地质》实验指导书

（土木工程专业用）

武夷学院土木工程与建筑学院
二○一三年二月
前 言
一、实验简介
室内实验是《工程地质》课的重要教学环节之一，由于《工程地质》是一门实践性很强的课程，必须在不断提高课堂理论教学的同时，大力加强室内实验等实践性教学环节，使理论结合实际，以加深对地质理论的理解和应用，培养学生动手能力。
按照教学大纲的规定，本课程的室内实验共有四次，其内容及学时分配如下：
实验一、主要造岩矿物鉴别 2学时
实验二、岩浆岩鉴别 1学时
实验三、沉积层鉴别 1学时
实验四、变质岩鉴别及三大岩类综合鉴别 1学时
实验五、地质图及其阅读 3学时
二、实验要求：
1.爱护实验室的国家财产
2.保持室内清洁卫生
3.爱护矿物、岩石标本及实习用具，用完恢复原状
4.按时递交实习报告

实验一 主要造岩矿物鉴别
一、实习要求与目的
通过本次实习，要求同学们学会使用一些简单的工具来确定矿物的一般物理性质，最后达到能够用肉眼鉴别主要造岩矿物的目的。正确鉴别矿物是为下一步鉴别各类岩石打下基础。
二、实习的主要内容和方法
(一)使用简单的工具：小刀、指甲、瓷板、放大镜、稀盐酸等，认识矿物的一般物理性质，如硬度、解理、颜色、形态、条痕、比重、磁性、断口、光泽、透明度及与稀盐酸反应等。标本盒中的常见矿物标本的各项物理特征见表1：
表1 主要造岩矿物的物理性质
编号
颜色
形态
条痕
光泽
硬度
解理
断口
比重
其它
矿物名称
1
白色
块状
无
油脂
7
无
贝壳状
2.5-2.8
半透明
石英
2
肉红色
板状
无
玻璃
6-6.5
2组
阶梯状
2.57

正长石
3
灰白色
板状
无
玻璃
6-6.5
2组
阶梯状
2.61-2.76

斜长石
4
白色
薄片状
无
珍珠
2-3
1组
锯齿状
2.79-3.1
薄片具有弹性
白云母
5
黑色
薄片状
浅黑
珍珠
2-3
1组
锯齿状
3.02-3.12
薄片具有弹性
黑云母
6
黑绿色
长柱状
浅绿
玻璃
5.5-6
2组
参差状
3.1-3.3

普通角闪石
7
黑色
短柱状
棕红
玻璃
5-6
2组
参差状
3.2-3.6

普通辉石
8
浅黄色
粒状
无
玻璃
6.5-7
无
贝壳状
3.3-3.5

橄榄石
9
白色
菱面体
无
玻璃
3
3组

2.6-2.8
滴盐酸起泡
方解石
10
白色
块状
无
玻璃
3.5-4
3组
参差状
2.0-2.1
镁试剂变蓝
白云石
11
灰白色
鳞片状
白色
油脂
1
1组

2.7-2.8
有滑感
滑石
12
白色
纤维状
白色
玻璃
2
1组
锯齿状
2.3

石膏
13
白色
土状
白色
无
1
无
土状
2.58-2.6
遇水可塑
高岭石

(二)掌握主要造岩矿物的鉴定特征。一种矿物与其它矿物相比较，该矿物所特有的某些物理性质称为它的鉴定特征。例如，白云母为具有弹性的薄片状，方解石与稀盐酸反应起泡等。
按标本盒里的标本顺序，依次描述各矿物的物理性质并完成作业。最后经过对比掌握常见矿物的鉴定特征。
三、注意事项
(一)观察矿物的颜色、条痕、光泽以及测试硬度时，必须在矿物的新鲜面上进行，才能得出正确结论。
(二)本次实习从矿物的一般物理性质着手，但不要求把这些物理性质都死记硬背下来，而是通过对比牢记这些主要矿物的鉴定特征。
实验二 岩浆岩鉴别
一、实习的目的与要求
通过手标本肉眼鉴定方法，根据矿物成分、结构和构造来认识各种主要的岩浆岩，牢记主要岩浆岩的鉴定特征。
二、实习的内容及方法
(一)鉴别岩浆岩中的各种矿物成分
岩浆岩中的矿物成分反映了该岩浆岩的化学性质，其中二氧化硅的含量具有决定性的作用。当二氧化硅的含量大于65％时，为酸性岩浆岩，其主要特征是富含石英；当二氧化硅的含量饱和，即为65％-52％时，为中性岩浆岩，其特征为少含或不含石英，而富含长石；当二氧化硅的含量较少，即为52％-40％时，为基性岩浆岩，其特征为不含或少含石英，除长石外，开始出现大量深色铁镁矿物；当二氧化硅的含量极少，即少于40％时，则为超基性岩浆岩，其特征为既不含石英，也不含长石，以大量深色铁镁矿物为主。因此，我们可以按照顺序观察石英、长石和铁镁矿物的含量大致确定岩石属于哪一类岩浆岩，且熟记各类岩浆岩中常见的几种矿物成分。
(二)鉴别岩浆岩的结构和构造
由于岩浆岩生成的条件不同，则反映这种生成条件的结构和构造也并不相同。
肉眼鉴别岩石结构主要观察其结晶程度、晶粒大小及晶粒间组合方式。
结晶程度可分为：全晶质（分显晶质、隐晶质）、半晶质、非晶质（玻璃质）三种。全晶质(指显晶质)的岩石又可根据晶粒大小分为粗粒(晶粒直径大于5毫米)、中粒(1—5毫米)、细粒(小于1毫米)三种；按晶粒间组合方式可分为等粒和斑状结构两种。
岩浆岩的构造大多数为致密块状，少数为气孔状、杏仁状、流纹状。
(三)岩浆岩的颜色
对于结晶不好或没有结晶的岩浆岩，应当根据其颜色来判断它所含的矿物成分和化学成分。酸性岩浆岩主要成分是石英和长石，颜色较浅，包括浅灰、玫瑰、红、黄色等；基性岩浆岩主要成分为铁镁矿物，颜色较深，如深灰、深黄、棕、深绿、黑色等。根据岩浆岩的上述主要特征，经仔细观察，标本盒里的岩浆岩的主要矿物成分、结构和构造见表2。
(四)根据标本盒中的标本顺序，仔细观察，依次描述每块岩浆岩的矿物成分、结构和构造并完成作业2，最后经过对比掌握每种岩浆岩的鉴定特征。
表2：主要岩浆岩特征表
编号
主要矿物成分
结构
构造
岩石名称
1
石英、正长石、斜长石、角闪石、黑云母
粗粒结构
块状
粗粒花岗石
2
石英、正长石、斜长石、角闪石、黑云母
中粒结构
块状
中粒花岗石
3
石英、正长石、斜长石、角闪石、黑云母
细粒结构
块状
细粒花岗石
4
石英、正长石、斜长石、黑云母
（紫红）隐晶质结构
流纹状
流纹岩
5
斜长石、角闪石
中粒结构，
块状
闪长岩
6
正长石、斜长石
斑状结构
块状
正长斑岩
7
斜长石、角闪石
斑状结构
块状
闪长玢岩
8
斜长石、角闪石
黑绿色隐晶质结构
含少量斜长石斑晶
块状
安山岩
9
斜长石、辉石
中粒结构
块状
辉长岩
10
斜长石、辉石
微粒结构(辉绿结构)
块状
辉绿岩
11
斜长石、辉石
黑色隐晶质结构
块状
玄武岩
12
火山灰
灰绿色隐晶质
块状
火山泥球岩
13
火山玻璃
非晶质结构
块状
黑曜岩
14
火山玻璃
非晶质结构
多孔状
浮岩
15
斜长石、辉石
灰绿色隐晶质
气孔状
气孔状玄武岩
三、注意事项
(一)实习前应复习教材上的岩浆岩分类表，通过实习加深对此表的理解与记忆。
(二)实习中要注意按教材中分类表上所列的岩石的行和列进行对比，同一行的岩石，其结构、构造应当相似，而矿物成分不同。同一列的岩石，其矿物成分相同，而结构、构造不相同。
实验三 沉积岩的鉴别
一、实习的目的与要求
通过对手标本的肉眼鉴定，根据矿物成分、结构和构造来认识各种主要的沉积岩，牢记主要沉积岩的鉴定特征。
二、实习的内容及方法
(一)、由于沉积岩多为碎屑或隐晶的，故沉积岩的结构侧重于它的颗粒大小和形状。颗粒直径大于0.005毫米者为碎屑岩类，小于0.005毫米者为粘土岩类。在碎屑岩中，颗粒直径大于2毫米者为砾状结构，据颗粒形状又可分为磨圆度较好的圆砾状结构和磨圆度不好的角砾状结构；直径在2-0.005毫米之间的是砂状结构。按直径大小又可分为粗、中、细、粉砂状结构四级；直径小于0.005毫米者为泥状结构。颗粒大小及形状对碎屑岩及粘土岩的定名及性质起决定性作用，而对化学岩的重要性则小得多。化学岩多为隐晶结构。
(二)、沉积岩的构造特征可从宏观(大构造)和微观(小构造)两个方面来看：大构造主要指层状构造，除非是薄层的沉积岩，一般不易在手标本上观察到，多在野外进行观察：小构造则指层理构造、尖灭或透镜构造、层面构造及均匀块状构造等。总的说来，构造特征是区别三大类岩石中的沉积岩的最重要的特征之—，但对于鉴别具体沉积岩的名称及性质作用较小。
(三)、沉积岩的矿物成分和胶结物是决定沉积岩的名称和性质的另一个重要特征。
对于碎屑岩来说，颗粒的矿物成分和胶结物的矿物成分是同等重要的，例如某种粗砂颗粒主要为长石组成，胶结物为碳质，则定名为碳质粗粒长石砂岩。胶结物为硅质，则定名为硅质粗粒长石砂岩。两者工程性质相差较大。对于泥质页岩及泥岩来说，由于其颗粒直径多在0.005毫米以下，颗粒矿物多为粘土类矿物如高岭石等，故其命名和性质在很大程度上取决于胶结物。按鉴别矿物的方法对各种常见的胶结物进行鉴别，见特征见表3：
表3 胶结物主要特征鉴别表
胶结物类型
颜色
硬度
其它特征
硅质
色浅(灰白等)
坚硬，小刀划不动

钙质
色浅(灰白等)
较硬，小刀可划动
滴盐酸起泡
铁质
色深(紫红等)
较硬，小刀可划动

泥质
色深(紫红等)
软，易刻划，易碎

对于化学岩及生物化学岩来讲，矿物成分则是最重要的鉴别特征。
现按室内实习的要求，对每块标本进行仔细观察，它们的矿物成分、
胶结物成分、结构和构造见表4：
表4 主要沉积层的鉴定特征表
编号
主要矿物成分
胶结物
结构
构造
岩石名称
1
石灰岩碎屑
钙质
角砾状
块状
角砾岩
2
石英、 燧石
硅质
圆砾状
块状
砾岩
3
石英
硅质
粗砂状
块状
粗砂岩
4
石英
硅质
中砂状
块状
石英中砂岩
5
石英
铁、钙质
细砂状
块状
红砂岩
6
石英
铁质
细砂状
层理
细砂岩
7
粘土矿物
铁质
泥状
层理
紫色白云质页岩
8
粘土矿物
碳质
泥状
层理
炭质页岩
9
粘土矿物
钙质
泥状
层理
黑色钙质页岩
10
方解石
钙质
竹叶状
块状
竹叶状灰岩
11
方解石
钙质
鲕状
块状
鲕状灰岩
12
方解石、生物碎屑
钙质
生物化学结构
块状
生物碎屑灰岩
13
二氧化硅

化学结构
块状
燧石
14
方解石、粘土矿物
泥质
化学结构
块状
泥灰岩
15
方解石

化学结构
块状
石灰岩

(四)、按标本盒里的标本编号顺序，依次描述每块沉积岩的矿物成分、胶结物、结构和构造特征并做作业3。最后经过对比找出每种沉积岩的鉴定特征。
三、注意事项
(一)、注意观察颗粒大小与颗粒矿物成分的关系，随着颗粒逐渐减小，深色矿物首先消失，然后是长石，最后剩下的多为细小的石英颗粒。这与沉积物的形成、搬运过程对碎屑物风化、侵蚀有关。
沉积岩碎屑颗粒的矿物成分如石英、长石、云母等都是原岩经过风化后保留下来的。此外，在沉积岩生成过程中又产生了一些新矿物称沉积矿物。最常见的沉积矿物有方解石、白云石、石膏、高岭石、燧石等，含有这些沉积物是沉积岩鉴定特征之一。
(二)、在观察碎屑岩类时，结合复习教材有关部分的内容，注意观察沉积的碎屑岩系与火山碎屑岩系的异同。
(三)、沉积岩覆盖地球表面四分之三，是我们野外工作中遇到的最多的岩石，故要求牢记砾岩、角砾岩、砂岩、页岩、石灰岩、白云岩、燧石等几种最常见沉积岩的鉴定特征。
(四)、关于松散土的鉴别不进行室内实习，有关的鉴别方法及特征参看教材有关内容，具体实践结合野外实习进行。
实验四 变质岩鉴别及三大岩类鉴别小结
一、实习的要求与目的
通过变质岩实习理解并掌握各种主要变质岩的鉴别特征，通过三大岩类实习后，要求能够把岩浆岩、沉积岩及变质岩清楚的区别开，然后正确的定出岩石的名称。
二、实习的内容及方法
(一)、变质岩内常见的矿物有：
浅色的：石英、长石、白云母、绢云母、方解石及滑石等；
深色的：角闪石、辉石、黑云母、绿泥石等。
其中除绢云母、滑石及绿泥石等为变质作用生成的变质岩所特有的矿物外，其余的为原岩所具有的矿物。
(二)、变质岩的结构
变质岩中除少数岩石(如板岩、干枚岩等轻变质岩)具有隐晶结构外，其余大多数变质岩均为显晶结构。故可根据矿物鉴别特征把每种岩石中的主要矿物成分鉴别出来。结晶程度的好坏反应了岩石变质程度的深浅。
(三)、变质岩的构造
变质岩的构造特征是变质岩区别于其它岩石的最重要的特征。除石英、大理岩为块状构造外，其余均以片理构造为特征。具片理构造的称片岩，具片麻状构造的称片麻岩，具千枚状构造的称千枚岩，具板状构造的称板岩。这四种片理构造的特征对比如下：
1．片状：多为一种主要矿物 (片状、针状、柱状)占绝对优势，并以此矿物命名，可有少量粒状矿物。岩石中的矿物(片状、针状、柱状)成平行定向排列，一般颜色较杂，硬度较低。
2．片麻状：多为两种以上既有深色又有浅色的矿物组成，其中粒状矿物占多数，常为浅色。片状、针状、柱状矿物成平行定向排列，一般颜色较深。岩石硬度较高。
在片麻岩中，若个别浅色矿物颗粒聚集成呈眼球状(两眼球角连线方向与变质作用受力方向垂直)，则称眼球状构造。若片麻岩中矿物沿受力垂直的方向平行延伸排列，矿物颗粒深浅颜色有较明显的变化，呈相间排列，则此时称条带状构造。
3．千枚岩和板岩为轻变质岩石，原岩中的矿物成分未能全部结晶出来，故其矿物成分不易辨认，但干枚状构造及板状构造则能把它们与其它岩石区别开来。
对于变质岩的鉴定，通过仔细观察，正确的鉴别岩石的矿物成分、结构和构造，其主要鉴定特征见表5。
表5 主要变质岩特征表
编号
主要矿物成分
结构
构造
岩石名称
61
粘土矿物、绢云母等
变余结构
板状
板岩
62
石英、绢云母、绿泥石
显微鳞片变晶结构
千枚状
千枚岩
63
角闪石、石英
中粒柱状变晶结构
片状
角闪石片岩
64
黑云母、石英
中粒片状变晶结构
片状
黑云母片岩
65
白云母、石英
中粒片状变晶结构
片状
白云母岩
66
滑石
中粒片状变晶结构
片状
滑石片岩
67
绿泥石
中粒片状变晶结构
片状
绿泥石片岩
68
角闪石、石英、长石
粗粒变晶结构
片麻状
闪长片麻岩
69
角闪石、石英、长石
粗粒变晶结构
片麻状
花岗片麻岩
70
角闪石、石英、长石
粗粒变晶结构
条带状
条带状片麻岩
71
石英
粗粒变晶结构
块状
石英岩
72
方解石、白云石
粗粒变晶结构
块状
大理岩
(四)、在室内实习中，按标本盒里的标本编号顺序，依次描述每块变质岩的矿物成分、结构和构造特征并做作业4。最后经过对比找出每种变质岩的鉴定特征。
三、注意事项
由于片理构选使岩石具有明显的方向性，故在观察标本时，必须注意观察岩石面与片理构造方向的关系。例如闪长片麻岩，其主要矿物成分为角闪石、石英、长石，角闪石为长柱状矿物，当观察面与其片理面平行、垂直、斜交时，角闪石分别呈长柱状、点状、短柱状。而黑云母片岩和金云母片岩主要由云母组成，在垂直云母薄片的面上能观察到其片状特征，而在平行云母片的面上则不能观察到这种特征。
四、三大岩类鉴别小结
经过前面四次室内实习以后，对于所给的任意一块岩石标本，首先要根据三大类岩石之间的结构、构造特征，首先鉴定属于哪一类岩石类型。然后在每—大类岩石中，根据其颜色的深浅、颗粒的大小、形态、矿物成分区分为哪一种岩石类型，例如岩浆岩可分为浅色的和深色的矿物，其结构有全晶质、半晶质、非晶质三类；沉积岩可分为碎屑岩、粘土岩、化学岩三大类，从宏观上讲沉积岩均具有层理状构造，碎屑岩的碎屑颗粒由于经过风化、搬运，故成分较单一，具较好的磨圆度，并由胶结物胶结；变质岩主要是根据其构造分为片理的或非片理的两大类，片理的又可分为片状的、片麻状……，其结构均为变晶结构。最后，再准确定出岩石名称。在这三个步骤中，每一步所依据的鉴定特征是什么?通过前几次实习都已包含在内，但需要大家认真思考、对比总结，才能抓住重点，形成条理，加深理解，便于记忆。

实验五 地质图及其阅读
一、实习的要求与目的
通过本次实习，要求能够基本掌握阅读地质图的基本方法，能够编制简单的地质剖面图。其具体步骤和方法见教材有关内容，并完成作业5。

二、实习的内容及方法
（一）阅读朝松岭地区地质图
（二）制作地质剖面图
（三）作业5：阅读朝松岭地区地质图
三、注意事项
1.地质图阅读步骤分为：
图名、比例尺、方位
地形、水系
图例
地质内容：地层岩性及接触关系、地质构造、地质历史
2.地质剖面图的制作
选择剖面方位
确定剖面图的比例尺
制作地形剖面图
制作地质剖面图
钻孔1(946.76)
E1
896.76m
P2
596.76m
P1
300m
C3

钻孔2(900.63)
E2
850.63m
E1
752.66m
P2
359.83m
P1
175.38m
C3

作业1：主要造岩矿物的物理性质
编号
颜色
形态
条痕
光泽
硬度
解理
断口
比重
其它
矿物名称

作业2：主要岩浆岩特征表
编号
矿物成分
结构
构造
岩石名称

作业3：主要沉积层的鉴定特征表
编号
矿物成分
胶结物
结构
构造
岩石名称

作业4：主要变质岩特征表
编号
矿物成分
结构
构造
岩石名称