岩石物理学及岩石性质

岩石物理学及岩石性质

一、矿物

1.1矿物

矿物是单个元素或若干个元素在一定地质条件下形成的具有特定理化性质的化合物，是构成岩石的基本单元。矿物多数是在地壳（地球）物理化学条件下形成的无机晶质固体，也有少数呈非晶质和胶体。

1.2矿物的主要物理特性

1.2.1光学特性

（1）颜色：矿物的颜色由矿物对入射光的反映呈现出来。一般来说矿物的颜色是矿物对入射光吸收色的补色。

（2）条痕:条痕色指矿物经过在不涂釉的瓷板上擦划，在瓷板上留下的矿物粉粒的颜色。

（3）光泽:光泽是矿物表面对入射光所射的总光量。根据光泽有无金属感，将光泽分为金属光泽与非金属光泽。矿物光泽特性既与矿物组成和结构有关，又与矿物表面特征有关。

（4）透明度:透明度与矿物对矿物透射光的多少有关。

1.2.2力学性质

（1）硬度：

矿物的硬度是指矿物的坚硬程度。一般采用摩氏硬度法鉴别矿物硬度。即采用标准矿物的硬度对未知矿物进行相对硬度的鉴别。摩氏硬度中选取十种矿物作为标准矿物，将矿物分为10级，称为摩氏硬度计。这十种矿物硬度由1级到10级的顺序是：①滑石，②石膏，③方解石，④磷灰石，⑤萤石，⑥正长石，⑦石英，⑧黄玉，⑨刚玉，⑩金刚石。

（2）解理与断口：

矿物受力后产生破裂出现的没有一定方向的不规则的断开面，谓之断口。当晶质体矿物受力断开时，出现一系列平行的、平整的裂面时，称为解理。断口出现的程度跟解理的完善程度相互消长，解理程度越低的矿物越容易形成断口。因此，断口具有了非晶质体的基本含义。解理与晶质体内质点间距有明显的关系，

解理常出现在质点密度较大的方向上。

（3）延展性：

矿物的延展性，也可以称为矿物的韧性。其特征是表现为矿物能被拉成长丝和辗成薄片的特性。这是自然金属元素具有的基本特性。

1.3重要矿物

（1）自然元素矿物：这类矿物较少，其中包括人们所熟知的矿物，如金、铂、自然铜、硫磺、金刚石（见图1）、石墨等。

图1金刚石

（2）硫化物类矿物：本类是金属元素与硫的化合物，大约200多种，Cu、Pb、Mo、Zn、As、Sb、Hg等金属矿床多有此类矿物富集而称，具有很大的经济价值。

方铅矿PbS。闪锌矿ZnS。黄铁矿FeS2（见图2）

图2黄铁矿

（3）氧化物及氢氧化物类矿物：本类矿物分布相当广泛，共约180多种，包括重要的造盐矿物如石英及Fe、Al、Mn、Cr、Ti、Sn、U、Th等的氧化物或氢

氧化物，是铁、铝、锰、铬、钛、锡、铀、钍等矿石的重要来源，经济价值很大。

赤铁矿Fe2O3。磁铁矿Fe3O4或FeO·Fe2O3。褐铁矿FeO（OH）·nH2 O。软锰矿MnO2。铝土矿Al2O3·nH2O石英SiO2

（4）含氧盐类矿物：

正长石K[AlSi3O8]或K2O·Al2O3·6SiO2。斜长石橄榄石（Mg，Fe）2[SiO4]。辉石（Ca，Na）(Mg，Fe，Al)[(Si，Al)2O6]。角闪石Ca2Na(Mg，Fe)4（Al，Fe）[(Si，Al)4O11]2[OH]2云母。方解石CaCO3。（见图3）

图3方解石

二、岩石

2.1岩石

岩石，地质勘探的主要对象。是固态矿物或矿物的混合物，由一种或多种矿物组成的，具有一定结构构造的集合体，也有少数包含有生物的遗骸或遗迹（即化石）。

2.2岩石种类

（1）岩浆岩

也称火成岩。来自地球内部的熔融物质，在不同地质条件下冷凝固结而成的岩石。当熔浆由火山通道喷溢出地表凝固形成的岩石，称喷出岩或称火山岩。常见的火山岩有玄武岩、安山岩和流纹岩等。当熔岩上升未达地表而在地壳一定深度凝结而形成的岩石称侵入岩，按侵入部位不同又分为深成岩和浅成岩。花岗岩（见图4）、辉长岩、闪长岩是典型的深成岩。花岗斑岩、辉长玢岩和闪长玢岩是

常见的浅成岩。根据化学组分又可将火成岩分为超基性岩（SiO2，小于45%）、基性岩（SiO2，45%～52%）、中性岩（SiO2，52%～65%）、酸性岩（SiO2，大于65%）和碱性岩含有特殊碱性矿物，SiO2，52%～66%）。火成岩占地壳体积的64.7%。

图4花岗岩

（2）沉积岩

也称水成岩。在地表常温、常压条件下，由风化物质、火山碎屑、有机物及少量宇宙物质经搬运、沉积和成岩作用形成的层状岩石。沉积岩由颗粒物质和胶结物质组成。颗粒物质是指不同形状及大小的岩屑及某些矿物，胶结物质的主要成分为碳酸钙、氧化硅、氧化铁及粘土质等。按成因可分为碎屑岩、粘土岩和化学岩（包括生物化学岩）。常见的沉积岩有砂岩、凝灰质砂岩、砾岩、粘土岩、页岩、石灰岩、白云岩、硅质岩、铁质岩、磷质岩等。沉积岩占地壳体积的7.9%，但在地壳表层分布则甚广，约占陆地面积的75%，而海底几乎全部为沉积物所覆盖。

（3）变质岩

原有岩石经变质作用而形成的岩石。根据变质作用类型的不同，可将变质岩分为5类：动力变质岩、接触变质岩、区域变质岩、混合岩和交代变质岩。常见的变质岩有糜棱岩、碎裂岩、角岩、板岩、千枚岩（见图5）、片岩、片麻岩、大理岩、石英岩、角闪岩、片粒岩、榴辉岩、混合岩等。变质岩占地壳体积的27.4%。

图5千枚岩

火成岩、沉积岩、变质岩三者可以互相转化。火成岩经沉积作用成为沉积岩，经变质作用成为变质岩。变质岩也可再次成为新的沉积岩，沉积岩经变质作用成为变质岩，沉积岩、变质岩可被熔化，再次成为火成岩。

2.3岩石的物理性质

（1）磁性

岩石的磁性主要决定于组成岩石的矿物的磁性，并受成岩后地质作用过程的影响。一般说，橄榄石、辉长石、玄武岩等基性、超基性岩浆岩的磁性最强；变质岩次之；沉积岩最弱。

岩石和矿物的磁性与温度、压力有关系。顺磁性矿物的磁化率与温度的关系遵循居里定律。铁磁性矿物的居里温度一般为300～700℃，其磁化率一般随温度升高而增大（可达50%），至居里温度附近则迅速下降。岩石的磁化率和磁化强度值都随压力的增大而减小。

（2）密度和孔隙度

矿物的密度是由构成该矿物各元素的原子量和矿物的分子结构决定的。天然金属的密度最大。石油的密度是由其成分决定的。岩石的密度取决于它的矿物组成、结构构造、孔隙度和它所处的外部条件。

（3）弹性波传播速度

纵波和横波在岩石和矿物中传播的速度vP和vS是地球物理勘探中常用的两个参数。

矿物中波的传播速度与矿物的密度有关，对于主要造岩矿物，如长石、石英