岩石力学是地质力学的一个分支,它应用了连续介质力学、固体力学和地质概念,来研究人为因素作用于原始地层环境之上得到的响应。与地质岩石力学不同,工程岩石力学主要研究人为的扰动,作用在地层岩石上得到的响应。工程岩石力学作为工程科学中的一个细分领域,需要不同学科间的交叉协作,包括:物理、数学、地球科学、土木工程、石油工程、采矿工程等。工程岩石力学于1950年代起始,在1960年代被分化成为独立的研究学科。
现有的对于岩石力学的认识仅允许我们在理论预测和经验结果之间建立非常有限的联系。因此,绝大多数理论认识是基于实验室实验与原始地层应力测量的,而我们又将此与固体力学基础概念相结合,从而量化不同的人为因素作用在岩石上得到的响应。同时,很多人对原始地层应力越来越感兴趣,因为我们认为不同位置处的地层岩石属性也不相同,即便是地质环境相似的情况下,不同位置的岩石,其属性也会有极大的差异。
根据IUGS提出的QAPFM分类方案中,铁镁质(mafic)矿物含量体积分数低于90%的岩石根据其所含矿物含量(体积分数)分类,分类参照矿物如下:
Q Quartz/石英石
A Alkali-Feldspar/碱性长石
P Plagioclase Feldspar/斜长石
F Feldspathoids/副长石
岩石的成分与种类的对应关系绘制成菱形的坐标系统,即QAPF图,也被称为Streckeisen图(以原始文章的作者命名)。它由两个三角图(Q,A,P)和(F,A,P)组成,两图以AP边为公共边. 角的顶点代表只由一种长英质岩(felsic)组成, 也即是完全由石英石,碱性长石,斜长石,副长石中某一类矿物组成.
由于火山岩中的副长石和石英是不共存的,因此QAPF分类始终基于最多3个分量(QAP或APF),即岩石的成分绘制时最终定位在在上部或下部三角形中。
(1)原生金矿(岩金、脉金):变质岩中的自然金,它是太古代的含金变质岩和含金石英脉经破碎风化而形成的砂矿变质形成。它的典型代表为南非著名的维特瓦特斯兰德金矿田。古老变质岩的含金石英脉,它的特点是自然金与不数量的硫化物产于石英脉中,是产金的主要矿床类型。金的矿叫岩、脉金。
(2)砂金矿:原生金矿和含金较多的岩石,经风化、破碎搬运到适当的地点富集而形成的砂、砾石和金混合组成的矿床叫砂金矿床。多形成在古代和近代的河流弯道之中,故唐朝大诗人刘禹锡的名诗《浪淘沙》“日照澄洲江雾开,淘金女伴满江隈,美人首饰侯王印,尽是沙中浪底来。”这里面的“隈”是指河流转弯的地方,转弯处水流缓慢,密度大的金沉淀富集形成砂矿。
自然金的颗粒大小不一,大多数为显微粒,肉眼可见者称为明金,直径大于0.2mm,显微镜下才可见,称为显微金。
(3)沉积微细浸染金矿:自然金呈次显微粒状与黄铁矿、毒砂等密切共生或单独散布在沉积岩中。
(4)伴生金矿:其他矿产品的副产品。
—般是观察岩石的颜色、结构、构造、矿物成分及其含量.
1)颜色:主要描述岩石新鲜面的颜色,也要注意风化后的颜色.直接描述岩石的总体颜色,如紫、绿、红、褐、灰等色.有的颜色介于两者之间,则用复合名称,如灰白色、黄绿色、紫红色等.岩浆岩的颜色反映在暗色矿物和浅色矿物的相对含量上.一船暗色矿物含量>60%称暗色岩;在60—30%的称中色岩;<30%则称浅色岩.
2)结构:根据岩石中各组分的结晶程度,可分为全晶质、半晶质、玻璃质等结构.全晶质显晶质:粗粒:>5mm;中粒:5mm;细粒:<lmm; 描述总体矿物及各不同矿物的颗粒大小,形态及在岩石中的含量;不等粒:描述最大、最小及中间大小颗粒的大小及含量;似斑状结构:大的为斑晶,小的为基质.描述斑晶基质的相对含量,成分、形状,大小;隐晶质描述颜色、断口特点;半晶质斑状结构(玻璃质+结晶质):描述斑晶成分、形状、颗较大小及含量;基质部分的含量,颜色、断口特点;玻璃质描述颜色、断口特点.
3)矿物成分:矿物成分及其含量是岩石定名的重要依据.岩石中凡能用肉眼识别的矿物均要进行描述.首先要描述主要矿物的成分、形状、大小、物理性质及其相对含量,其次对次要矿物也要作简单描述.
岩石分类主要基于岩石的成分、结构和形成方式等特征进行分类。以下是常见的岩石分类代码:
1. 岩石的主要分类:
- 按成分分类:
- 火成岩(IG):包括侵入岩(I)和喷出岩(E)。
- 沉积岩(S):包括碎屑岩(C)、化学沉积岩(Cm)、生物碎屑岩(B)、生物化学沉积岩(Bc)。
- 变质岩(M):包括变质岩(M)和变质岩(Mm)。
- 按结构分类:
- 块状岩(M):包括结构岩(S)和岩浆岩(I)。
- 层状岩(S):包括层状岩(S)和层状岩(Sm)。
- 片状岩(F):包括片状岩(F)和片状岩(Fm)。
- 按形成方式分类:
- 火成岩(IG):包括侵入岩(I)和喷出岩(E)。
- 沉积岩(S):包括沉积岩(S)和沉积岩(Ss)。
- 变质岩(M):包括变质岩(M)和变质岩(Mm)。
2. 具体岩石类型的代码:
- 火成岩(IG):
- 侵入岩(I):如花岗岩(IGI)、二长岩(IGIb)、辉石岩(IGIs)等。
- 喷出岩(E):如玄武岩(IGE)、安山岩(IGEa)、流纹岩(IGEr)等。
- 沉积岩(S):
- 碎屑岩(C):如砂岩(SC)、泥岩(SCl)、砾岩(Cg)等。
- 化学沉积岩(Cm):如石灰岩(SCm)、盐岩(SCms)等。
- 生物碎屑岩(B):如珊瑚岩(SBc)、骨炭岩(SBcb)等。
- 生物化学沉积岩(Bc):如石膏岩(SBcg)、磷灰石岩(SBcp)等。
- 变质岩(M):
- 造山带变质岩(M):如片麻岩(MM)、云母片岩(MMs)等。
- 区域变质岩(Mm):如片岩(MMm)、石英岩(MMmq)等。
这只是岩石分类的一部分示例,实际上还有更多的岩石类型和分类代码。不同的国家和地区可能会使用稍有不同的分类体系,具体的分类代码可以根据实际需求和参考的分类标准进行。
岩石是由矿物质或岩石碎屑在地质作用下形成的天然坚硬物质,根据岩石的形成过程和成分不同,可以将岩石结构分类为以下三类:
1. 火成岩:是在地球深部高温高压环境下形成的岩石,主要成分是熔融物或凝固的岩浆,如花岗岩、玄武岩等。
2. 沉积岩:是在地表水、海洋或湖泊中沉积而形成的岩石,主要成分是岩石屑、有机物等,如砂岩、泥岩、石灰岩等。
3. 变质岩:是由于地壳内部高温高压作用和化学反应而形成的岩石,主要成分是原来属于火成岩、沉积岩等的岩石,如片麻岩、大理岩、云母片岩等。
此外,根据岩石内部的结构和组成也可以将其分为细粒岩和粗粒岩两类。细粒岩由细小的矿物相叠加而成,如页岩、片岩等。粗粒岩则由粗大的矿物颗粒叠加而成,如花岗岩、石英岩等。
以上是岩石结构的分类方式,不同的分类方式可能有所不同。
岩石可以分为软石、次坚石、坚石三类。
强度小于10MPa的是软石,大于10MPa小于40MPa是次坚石,大于40MPa都是坚石。
100MPa是坚石,80MPa也是坚石
要是隧道结构分为:洞门及附属,主洞洞身(防排水结构、初支及二衬、仰拱等),洞内通风照明,洞内装饰装修等。
三种常见的岩浆岩:
1.花岗岩 是分布最广的深成侵入岩。主要矿物成分是石英、长石和黑云母,颜色较浅,以灰白色和肉红色最为常见,具有等粒状和块状构造。花岗岩既美观抗压强度又高,是优质建筑材料。
2.橄榄岩 侵入岩的一种。主要矿物成分是橄榄石及辉石,深绿色或绿黑色,比重大,粒状结构。是铂及铬矿的惟一母岩,镍、金刚石、石棉、菱铁矿、滑石等也同这类岩石有关。
3.玄武岩 一种分布最广的喷出岩。矿物成分以斜长石、辉石为主,黑色或灰黑色,具有气孔构造和杏仁状构造,玄武岩本身可用作优良耐磨的铸石原料。
(沉积岩) 又叫“水成岩”。是在常温常压条件下岩石遭受风化作用的破坏产物,或生物作用和火山作用的产物,经过长时间的日晒、雨淋、风吹、浪打,会逐渐破碎成为砂砾或泥土。在风、流水、冰川、海浪等外力作用下,这些破碎的物质又被搬运到湖泊、海洋等低洼地区堆积或沉积下来,形成沉积物。随着时间的推移,沉积物越来越厚,压力越来越大,于是空隙逐渐缩小,水分逐渐排出,再加上可溶物的胶结作用,沉积物便慢慢固结而成岩石,这就是沉积岩。沉积岩分布极广,占陆地面积的75%,是构成地壳表层的主要岩石。
四种常见的沉积岩:
1.砾岩 一种颗粒直径大于2毫米的卵石、砾石等岩石和矿物胶结而成的岩石,多呈厚层块状,层理不明显,其中砾石的排列有一定的规律性。
2.砂岩 颗粒直径为0.1~2毫米的砂粒胶结而成的岩石。分布很广,主要成分是石英、长石等,颜色常为白色、灰色、淡红色和黄色。
3.页岩 由各种黏土经压紧和胶结而成的岩石。是沉积岩分布最广的一种岩石,层理明显,可以分裂成薄片,有各种颜色,如黑色、红色、灰色、黄色等。
4.石灰岩 俗称“青石”,是一种在海、湖盆地中生成灰色或灰白色沉积岩。主要由方解石的微粒组成,遇稀盐酸会发生化学反应,放出气泡。石灰岩的颜色多为白色、灰色及黑灰色,呈致密块状。
变质岩: 地壳中的火成岩或沉积岩,由于地壳运动、岩浆活动等所造成的物理、化学条件的变化,使其成分、结构、构造发生一系列改变,这种促成岩石发生改变的作用称为变质作用。由变质作用形成的新岩石叫做变质岩,例如由石英砂岩变质而成的石英岩,由页岩变质而成的板岩,由石灰岩、白云岩变质而成的大理岩。变质岩常有片理构造。
三种常见的变质岩:
1.大理岩 由石灰岩或白云岩重结晶变质而成。颗粒比:石灰岩粗,矿物成分主要为方解石,遇酸剧烈反应,一般为白色,如含不同杂质,就有各种不同的颜色。大理岩硬度不大,容易雕刻,磨光后非常美观,常用来做工艺装饰品和建筑石材。
2.板岩 由页岩和黏土变质而成。颗粒极细,矿物成分只有在显微镜下才能看到。敲击时发出清脆的响声,具有明显的板状构造。板面微具光泽,颜色多种多样,有灰、黑、灰绿、紫、红等,可用做屋瓦和写字石板。
3.片麻岩 多由岩浆岩变质而成。晶粒较粗,主要矿物成分为石英、长石、黑云母、角闪石等。矿物颗粒黑白相间,呈连续条带状排列,形成片麻构造。岩性坚,但极易风化破碎。
1岩石是指造岩矿物按一定的结构集合而成的地质体成为岩石,依据其成因可分成岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。
2岩浆是存在于地壳下面高温、高压的熔融状态的硅酸盐物质(它的主要成分是SiO2,还有其他元素、化合物和挥发成分)。
3岩浆岩、沉积岩和变质岩彼此都有一定的转化关系,当时间和地质条件发生改变以后,任何一类岩石都可以变为另外一类的岩石。