工程地质实验教案.doc

《工程地质》实验指导书
一、重要造岩矿物的鉴定与结识
（一）实验目的、规定
岩石是矿物的集合体。结识造岩矿物的目的在于辨认常见的各种岩石，并为此后学习其它章节打下基础。规定如下：
（1）通过对造岩矿物标本的观测，结识常见造岩矿物的形态（单晶、聚晶）、晶面条纹、光学性质、力学性质、碳酸盐类矿物的“盐酸反映”等重要特性。
（2）学习根据造岩矿物的形态和物理特性，用肉眼鉴定常见造岩矿物的技能和描述矿物的方法。
（3）纯熟地掌握几种常见造岩矿物的鉴定特性。
（二）实验的准备工作
检查矿物标本、小刀放大镜、无釉瓷板等实验用品。
（三）实验内容
1、矿物特性的观测
（1）矿物单体形态的观测。六方双锥（或六方柱）一石英（水晶）；菱面体一方解石；菱形多面体一石榴于石；长柱体一红柱石；长柱状或纤维状一普通角闪石；短柱状一普通辉石；板状一板状石膏、长石；片状一云母。
（2）矿物集合体形态的观测。晶簇状一石英晶簇；粒状一橄榄石；致密状一黄铜矿；鳞片状一绿泥石；纤维状一石棉、（纤维）石膏；放射状一阳起石、红柱石；结核状一（鲕状、豆状、肾状）赤铁矿；土状一高岭土、蒙脱土。
（3）晶面条纹的观测。有些晶体的晶面具条纹状，如：黄铁矿三个方向的晶面条纹彼此垂直；斜长石的晶纹互相平行；有的石英具横向晶纹。
（4）光学性质的观测
2、矿物的颜色
白色一方解石、石英；深绿色一橄榄石；铜黄色一黄铜矿；褐色一褐铁矿；铁红色一赤铁矿。
3、矿物的条痕
观测方解石、角闪石、斜长石、橄榄石的条痕。观测对比黄铁矿、黄铜矿、赤铁矿等矿物的条痕与颜色之间的关系。
4、矿物的光泽
拿到标本，对着光线，看其反射光线的性质来拟定它属于哪种光泽。黄铁矿、黄铜矿一金属光泽；赤铁矿一半金属光泽；石英（晶面）一玻璃光泽；叶腊石、蛇纹石一腊状光泽；滑石、石英（断面）一油脂光泽；高岭土一土状光泽；石棉、（纤维）石宵一丝绢光泽；白云母、冰洲石透明方解石）一珍珠光泽。
5、矿物的透明度
手拿标本，注意观测矿物碎片边沿的透明限度。白云母、石英（水晶）—透明；蛋白石一半透明；黄铁矿、磁铁矿一不透明。
6、矿物力学性质的观测
（1）矿物的解理与断口
解理是矿物受到外力打击后能沿一定方向裂开的性质。要注旨在同一方向上相应侧面解理的一致性，又要观测解理面光滑平整的限度。如：云母——组极完全解理；方解石一三组完全解理；长石——组完全解理，一组中档解理；石英一无解理（贝壳状断口）。
（2）矿物的硬度
运用指甲（硬度2．5）、小刀（硬度5．5）和摩氏硬度计测定和比较石英、方解石、长石、黄铜矿、黄铁矿、白云石的硬度。具体测定方法是（以摩氏硬度计为例）取摩氏硬度计中一种标准矿物，用其棱角刻划被鉴定矿物上的一个新鲜而较完整的平面，擦去粉末，若在面上留有刻痕，则说明被鉴定矿物的硬度小于选用标准矿物的硬度。反之，若未在面上留下刻痕，则说明被鉴定矿物的硬度大于或等于选用标准矿物的硬度。通过多次刻划比较，直到拟定被鉴定矿物的硬度介于两个相邻标准矿物硬度之间或接近两者之一时，即己测知被鉴定矿物的硬度。如云母不能被石膏（硬度2）刻动，而能被方解石（硬度3）刻动，故其硬度介干2～3之间，用2.5表达。
7、矿物其它特性的观测
云母一弹性；蒙脱土一遇水膨胀、有崩解性；碳酸盐类的矿物具“盐酸反映”。
方解石遇稀盐酸后起泡强烈，而白云石则需用小刀刻划成粉末后滴稀盐酸，才可见薄弱的起泡现象。
8、常见造岩矿物鉴定特性的综合观测
结合标本，对照教材中“常见造岩矿物特性表”，逐块逐项地进行观测。但需注意，教材中所述矿物的各项物理特性，在同一块标本上不一定能所有显示出来，所以在观测时，必须善于抓住矿物的重要特性，特别是那些具有鉴定意义的特性，如方解石的菱面体解理等。此外，还要注意相似矿物的对比分析，如石英、斛长石、方解石、石膏等矿物都是白色或乳白色，但在硬度、解理、晶形、盐酸反映方面却有较大差别。
二、常见火成岩（岩浆岩）的鉴定与结识
（一）实验目的与规定
（1）通过对火成岩标本的观测，熟悉其结构、构造特性。
（2）运用肉眼鉴定造岩矿物的方法，分析常见火成岩的矿物组成。
（3）学习火成岩的简易分类原则和肉眼鉴定方法。
（二）实验内容
1、常见火成岩结构的观条
结合下列标本，从矿物的结晶限度、颗粒大小、颗粒级配及联接关系等方面，来结识矿物的结构特性。
（1）矿物的结晶限度。全晶质结构一花岗岩；非晶质（玻璃质）结构一黑曜岩。
（2）矿物颗粒大小。粗粒结构一粗粒花岗岩，中粒结构一中粒辉长岩；细粒结构一细晶岩或细粒闪长岩；隐晶质结构一辉绿岩。
（3）矿物颗粒相对大小。等粒结构一花岗岩、闪长岩；斑状结构一正长斑岩、闪长玢岩。
（4）矿物间的互相关系。伟晶结构一伟晶岩
2、常见火成岩典型构造的观测
观测下列标本的典型构造特性。块状构造一花岗岩、闪长岩、辉长岩；流纹构造一流纹岩；气孔构造一浮岩、玄武岩；杏仁状构造土玄武岩。
3、火成岩中常见矿物成份的辨认
石英：观测花岗岩、流纹岩，石英在岩石中多呈粒状，具油脂光泽，烟灰色，硬度为7，易与灰白色的斜长石相混淆。
长石：观测花岗岩、闪长岩和安山岩，长石具玻璃光泽，硬度为6，正长石多为肉红色，斜长石多为灰白色，具体观测，斜长石具有许多平行的晶纹，丽正长石的新鲜解理面在光
的照射下，往往可见明暗限度有显著差异的两部分。
云母：观测黑云母花岗岩，云母最明显的特性是用小刀极易剥出云母碎片。
辉石与角闪石：观测辉长岩和闪长岩，辉石和角闪石在火成岩中均为深灰色至黑色，光
泽也甚相似。但在形状和断面上有所差异，辉石晶形呈短柱状，横断面为八边形（近似
正方形）；角闪石晶形为长柱状，横断面为六边形；辉石往往与橄榄石共生，角闪石往往与黑云母共生，角闪石两组中档解理呈124°或56°斜交，而辉石的两组中档解理近于正交。
4、常见火成岩特性的综合观测。结合标本，对照教材中关于各类火成岩的分类表，逐类逐块逐项地进行观测，应特别注意各自的鉴定特性。
花岗岩一流纹岩类：花岗岩、花岗斑岩、流纹岩。
正长岩一粗面岩类：正长岩、正长斑岩、粗面岩。
闪长岩一安山岩类：闪长岩、闪长玢岩、安山岩。
辉长岩一玄武岩类：辉长岩、辉绿岩、玄武岩。
脉岩类：细晶岩、伟晶岩。
其他岩类：浮岩、黑曜岩、松月旨岩、珍珠岩、火山弹凝灰岩等。
（三）实验方法
1、参照指导书和教材中有关常见火成岩的描述，对照标本自行观测，教师只做必要的辅导讲解。
2、在独立观测的基础上，总结出每块标本的鉴定特性（要特别注意外貌相似岩石标本之间的差异）。
3、一般火成岩的肉眼鉴定环节。肉眼鉴定火成岩的重要依据是岩石的产状（野外产出形态）、结构、构造、矿物组成和颜色等，鉴定期可以参照下述环节。
（1）结合岩石的野外产状、结构和构造，区分出深成岩、浅成岩和喷出岩特性。
（2）火成岩的肉眼鉴定要点。
深成岩具等粒全晶质结构，矿物颗粒比较粗大，往往较易鉴别。
浅成岩（涉及脉岩）有斑晶存在时，根据浅色斑晶矿物成分可分为两大类：斑晶重要为斜长石者叫玢岩，斑晶重要为正长石或石英者叫斑岩。假如玢若中同时有角闪石斑晶，或基质中鉴定出有角闪石的，称为闪长玢岩；斑晶中只有正长石而无石英者称正长斑岩；斑晶中既有石英，又有正长石时称花岗斑岩；仅有石英者称石英斑岩。对于细粒等粒结构的浅成岩（涉及脉岩），如能定出矿物成分再结合岩石颜色的深浅，查火成岩分类表可得相应深成岩的名称，前面再冠以“细粒”或“细晶”二字，如细粒花岗岩等。对于具隐晶质结构，肉眼分辨不出成份的脉岩，可根据颜色深浅粗略定名为“浅色脉岩”（如霏细岩）和“暗色脉岩（如辉绿岩）。
喷出岩肉眼鉴定往往比较困难，除了斑晶之外，基质部分常呈细粒至玻璃质结构。肉眼鉴定期只能根据颜色、斑晶成份、结构、构造等方面综合考虑，进行初步的定名。
三、常见沉积岩的鉴定与结识
（一）实验目的与规定
（1）通过对沉积岩标本的观测，掌握其典型结构、构造及物质组成特性。
（2）了解常见沉积岩的基本分类和肉眼鉴定方法。
（3）掌握常见沉积岩的鉴定特性。
（二）实验内容
1、沉积岩典型结构的结识
（1）碎屑结构。观测砾岩、角砾岩、砂岩的组成物质的颗粒大小与形状等特性。
（2）泥质结构。观测页岩、粘土岩，注意其致密状的特点。
（3）化学结构及生物化学结构。观测石灰岩（或结晶石灰岩）、白云岩、介壳灰岩（或珊瑚灰岩）、鲕状灰岩、竹叶状灰岩、燧石岩等。
2、沉积岩典型构造的结识。
（1）层理构造。观测页岩、条带状灰岩等标本上的层理。
（2）层面构造。观测具泥裂、波痕、缝合线构造的陈列标本。
（3）化石。观测完整的动、植物化石标本各1～2块。
（4）结核。观测鲕状灰岩标本和一块较大型的结核（尽也许切磨出横断面）标本。
3、碎屑岩的胶结类型和胶结物成份的结识。
观测砾岩、角砾岩、砂岩（石英砂岩、长石砂岩、铁质砂岩）的胶结类型和胶结物。对一块标本而言，也许是一种胶结类型和单一的胶结物，也也许同时存在两种或三种胶结类型和一种以上的胶结物。需仔细观测、以区分碎屑岩中常见的胶结物的一般特性。
4、常见沉积岩特性的综合观测。
结合标本，对照教材中关于各种常见沉积岩的描述，逐类逐块地进行观测，涉及：火山碎屑岩类：凝灰岩、火山角砾岩、火山集块岩。陆源沉积碎屑岩类：砾岩、角砾岩、石英砂岩、长石砂岩、铁质砂岩、硬砂岩、粉砂岩。泥质岩类：页岩、碳质页岩、粘土岩。化学岩类：石灰岩、白云岩、泥灰岩。
（三）实验方法
（1）参照指导书和教材中对有关常见沉积岩的描述，结合标本，在教师指导下自行观测学习。
（2）在独立观测的基础上，总结出各类沉积岩标本的鉴定特性。
（3）常见沉积岩的肉眼鉴定方法
通过沉积作用形成的沉积岩，绝大多数都具有层状构造特性，但所鉴定的标本都是从某一层位中打来的，所以重点观测沉积标本的结构、物质组成和颜色等。凭肉眼或借助放大镜能分辨出碎屑颗粒占组成物质50％以上者，属于碎屑岩类；只能分辨少量极为细小的矿物或岩屑颗粒，整体岩石具细腻感，质地均一，可塑性及吸水性很强，吸水后体积增大，潮湿时色深质软，干燥时色浅质较硬者为泥质岩类。完全分辨不出颗粒，整体岩石具致密感或组成物质具一定结晶形态者为化学岩类。
在鉴定碎屑岩时，除观测颜色、碎屑成份及含量外，尚需注意观测碎屑的形状大小和胶结物成份，砾岩或角砾岩还需观测标本的胶结类型。
在鉴定泥质岩时，则应注意观测标本的构造特性。页岩具有沿层面分裂成薄片或页片的性质，常可见显微层理，称为页理（页岩因此而得名）。而粘土岩则往往层理不发育，具块状构造。有些泥质岩中常具有机成分，如炭质页岩、油页岩等。
在鉴定化学岩时，除观测其颜色、物质成份、结构、构造外，应辅以简朴的化学实验，如用稀盐酸检查标本是否有起泡反映。
化学岩中的燧石岩类，重要由非晶质的蛋白石、隐晶质的玉髓和细粒石英组成，SiO2含量达70％～90％，致密坚硬，锤击可见火花，具贝壳状断口。常呈透镜状或结核状产出，也有呈层状、条带状产于碳酸盐岩或泥质岩中的。
四、常见变质岩的鉴定与结识
（一）实验目的与规定
（1）通过对变质岩标本的观测，学习变质岩的构造、结构和矿物的组成特性。
（2）学习常见变质岩的命名和肉眼鉴定方法。
（3）掌握常见变质岩的鉴定特性。
（二）实验内容
（1）常见变质岩典型变质构造的结识
板状构造一板岩；
千枚状构造一千枚岩；
片状构造一结晶片岩（云母片岩、滑石片岩、石榴子石片岩、绿泥石片岩等）；
片麻状构造一片麻岩；
块状构造一石英岩、大理岩。
（2）常见变质岩典型变质结构的结识（可结合磨片标本在显微镜下观测）
变晶结构一大理岩、角闪片麻岩；
变余结构一变质砂岩（如绿泥石化长石砂岩等）；
碎裂结构一糜棱岩、碎裂岩。
（3）变质岩中常见矿物的辨认。变质岩中的矿物，按成因分为两大类：一类是继承性矿物或称共有矿物（经变质作用后保存下来的原岩中的稳定矿物）；另一类是变质矿物（在变质过程中新产生的矿物）。继承性矿物中的石英、长石、云母和变质矿物中的滑石、蛇纹石、石榴子石等已在重要造岩矿物的鉴定中叙述。变质矿物中的黄玉、刚玉可见摩氏硬度计中的标本，绿泥石、绢云母可观测绿泥石片岩和千枚岩。
（4）常见变质岩综合特性观测。结合标本，对照教材中关于各类常见变质岩的具体描述逐类逐块进行观测。
（三）实验方法
（1）参照本书和教材中对有关常见变质岩的描述，对照标本，在教师指导下进行独立观测学习。
（2）如有条件可借用偏光显微镜对角闪片麻岩、绿泥石化长石砂岩和糜棱岩等进行观测。
（3）观测眼球状片麻岩、肠状片麻岩等，加深对变质岩中定向排列杓造的结识。
（4）在进一步观测的基础上，总结具不同构造的各类变质岩的鉴定特性。
五、常见三大类岩石的综合鉴定
（一）实验目的与规定
（1）复习矿物、三大类岩石的鉴定方法。
（2）对三大类岩石的基本分类特点进行综合比较和总结。
（3）在区别三大类岩石的矿物组成、结构、构造特点的基础上，对常见岩石进行综合肉眼鉴定。
（二）实验内容
（1）由学生参照本书和教材中有关各类岩石特性描述，自行对教学大纲中规定的所有岩石标本作综合观测。选定外观相似，但成因不同的岩石标本（如花岗岩与片麻岩，石英砂岩与石英岩，砾岩与斑岩等）作进一步地分析和对比。
（2）如有条件，可将岩石磨片（如花岗岩、玄武岩、片麻岩、片岩、鲕状灰岩等）进行偏光显微镜下观测，便能更清楚地鉴别岩石的结构及矿物成份。
（三）岩石的综合肉眼鉴定环节
（1）三大类岩石间的转化关系。不同类型的岩石在自然界并非孤立存在的，而是在一定条件下互相依存，并不断地进行转化。这种由原岩转变成新岩的过程，不是，也不也许是简朴地反复，新生成的岩石不仅在成份上、并且在结构、构造上与原岩均有极大的差异。
（2）各类常见岩石的重要特性。常见三大类岩石以其固有的特点互相区别。
（3）岩石综合肉眼鉴定环节提醒。肉眼对岩石进行分类和鉴定，除了在野外要充足考虑其产状特性外，在室内对标本的观测上，最关键的是要抓住它的结构、构造、矿物组成等特性。具体环节如下。
（1）一方面观测岩石的构造，由于构造从岩石的外表上就可反映了它的成因类型：如具气孔、杏仁、流纹构造形态时一般属于火成岩中的喷出岩类；具层理构造以及层面构造时是沉积岩类；具板状、千枚状、片状或片麻状构造时则属于变质岩类。
应当指出，在三大类岩石的构造中，都有“块状构造”。如火成岩中的石英斑岩标本，沉积岩中的石英砂岩标本，变质岩中的石英岩标本，表面上很难区分，这时，应结合岩石的结构特性和矿物成份的观测进行分析：石英斑岩具火成岩的似斑状结构，其斑晶与石基矿物间结晶联结；而石英砂岩具沉积岩的碎屑结构，碎屑之间呈胶结联结；石英斑岩中的石英斑晶具有一定的结晶外形，呈棱柱状或粒状；石英砂岩中的颗粒大小均匀，可呈浑圆状，玻璃光泽已经消失，锤击或刀刻岩石中胶结不牢的部位时，可以看到石英颗粒与胶结物分离后留下的小凹坑。通过重结晶变质作用形成的石英岩，则往往呈致密状，肉眼分辨不出石英颗粒，且石质坚硬、性脆。
（2）对岩石结构的进一步观测，可对岩石进行进一步的分类。如火成岩中的深成侵入岩类多呈全晶质、显晶质、等粒结构；而浅成侵人岩类则常呈斑状结晶结构。沉积岩中根据组成物质颗粒的大小、成份、联结方式可区分出碎屑岩、粘土岩、生物化学岩类（如砾岩、砂岩；页岩；石灰岩等）。
（3）岩石的矿物组成和化学成份分析，对岩石的分类和定名也是不可缺少的，特别是与火成岩的定名关系尤为密切，如斑岩和玢岩，同属火成岩的浅成岩类，其重要区别在于矿物成份。斑岩中的斑晶矿物重要是正长石和石英，玢岩中的斑晶矿物重要是斜长石和暗色矿物（如角闪石、辉石等）。沉积岩中的次生矿物如方解石、白云石、高岭石石膏、褐铁矿等不也许存在于新鲜的火成岩中。而绢云母、绿泥石、滑石、石棉、石榴子石等则为变质岩所特有。因此，根据某些变质矿物成份的分析，就可初步鉴定岩石的类别。
（4）在岩石的定名方面，假如由多种矿物组份组成，则以含量最多的矿物与岩石的基本名称紧密相联，其他较次要的矿物，按含量多少依次向左排列，如“角闪斜长片麻岩”，说明其矿物成份是以斜长石为主，并有相称数量的角闪石，其他火成岩、沉积岩的多元定名含义也是如此。
（5）最后应注意的是在肉眼鉴定岩石标本时，常有许多矿物成份难于辨认，如具隐晶质结构或玻璃质结构的火成岩，泥质或化学结构的沉积岩，以及部分变质岩，由结晶细微或非结晶的物质成分组成，一般只能根据颜色的深浅、坚硬性、比重的大小和“盐酸反映”进行初步判断。火成岩中深色成份为主的，常为基性岩类；浅色成份为主的，常为酸性岩类。沉积岩中较为坚硬的多为硅质胶结或硅质成份的岩石，比重大的多为含铁、锰质量大的岩石，有“盐酸反映”的一定是碳酸盐类岩石等。