岩石分类2.ppt

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1、岩石材料 岩石之種類 l岩石是礦物的集成物，可依多種方式分類之。從地質學上可分成火成岩、沈積岩及變質岩三種；依產出成型有塊狀岩、成層岩、剝狀岩等多種；依化學成分區分有矽酸質岩、礬土質岩、石灰質岩、黏土質岩等多種；依組織之不同則可分成結晶質岩及碎屑質岩兩種。岩石 l岩石為礦物之集成物，依地質學上的分類可分成三類：q火成岩：由岩漿冷卻形成之岩石q沉積岩：沉積作用形成之岩石q變質岩：因變質作用形成之岩石 火成岩 l地殼之95%是由火成岩組成。l岩石如花崗岩、玄武岩(黑色火成岩)及火山岩(或岩漿)係由熔融或半熔融狀態之岩漿凝固所形成，通常為非層狀與近似結晶狀的結構。l在地表或地表附近凝結而成且具有微結

2、晶組織的暗黑色岩石，通常稱為黑色火成岩。火成岩 l火成岩是基於紋理組織(如粗晶粒、細晶粒、或玻璃質)與礦物成分來分類，如花崗岩呈現出粗晶粒、玄武岩呈現出細晶粒、浮石屬玻璃質。火成岩 l火山岩：岩漿冷卻處在地表或靠近地表，冷卻速度快礦物顆粒較細小。l深成岩：岩漿冷卻處在地殼較深處，冷卻速度慢礦物顆粒較大。酸性中性基性超基性火山岩流紋岩安山岩玄武岩深成岩花崗岩閃長岩輝長岩橄欖岩火成岩依矽酸含量（SiO2）之分類 種種 別別矽酸含量矽酸含量（%）特特 性性酸性岩酸性岩60以上以上白白色色，比比重重小小，含含有有無無色色礦礦物物（如如石英、長石）石英、長石）中性岩中性岩6652灰色，有色與無色礦物約各

3、半灰色，有色與無色礦物約各半基性岩基性岩52以下以下黑黑色色，比比重重較較大大，含含有有色色礦礦物物（如如橄欖石、輝石、角閃石）橄欖石、輝石、角閃石）火成岩（Igneous Rocks）沉積岩與變質岩（Sedimentary vs.Metamorphic）Limestone（石灰石)Marble(大理石）沉積作用l岩石碎屑經由搬運作用而移到另外一個地方時，因為自然營力的減弱，便會進行沉積作用，這些沉積物又會經由成岩作用而形成沉積岩。l而成岩作用是將疏鬆沉積物質堆積，直到硬化為沉積岩時的一切地質作用。但這段期間，還須經過幾種過程。壓縮過程由於堆積物本身重量產生的壓力，使得顆粒間的水分排除，空隙會

4、減小，但此時顆粒間仍是彼此分開的。膠結過程會使沉積物空隙因為膠結質的充填而固結成岩石，顆粒間就不再鬆散了。沈積岩(水成岩)l沈積岩如砂岩、石灰岩、白雲岩及頁岩等，主要由水及冰川作用將物質搬運與堆積後凝結而成。l沈積岩石覆蓋了將近75%之地表，它主要為火成岩經物理、化學或生物化學在風化或侵蝕後之沈澱物所形成的硬固層。碎 屑 岩組成顆粒岩石名稱1mm礫岩11/16mm砂岩1/161/256mm粉砂岩1/256mm頁岩生物岩CaCO3沉積石灰岩沈積岩 l沈積岩具有明顯的成層狀，即以呈現出原本性質相異疊層之劈裂面為其特徵。l沈積岩可分為兩種類型：由岩屑形成(由顆粒膠結在一起而成形)，以及由化學形成(由

5、礦物物質沈澱成形)。l砂岩與頁岩屬於由岩屑形成的種類，而石灰岩與石膏則是屬於化學形成的種類。變質岩l在熱、水、壓力與其他媒介作用下，火成岩或沈積岩逐漸改變其結構及性質而形成的岩石稱為變質岩。例如：片麻岩、石英岩、大理岩與板岩為具有結晶狀的結構。變質岩母岩片岩砂岩板岩頁岩蛇紋岩橄欖岩大理岩石灰岩綠色片岩玄武岩花崗片麻岩花崗岩變質岩 l板岩、片麻岩及片岩擁有葉理與葉狀組織(礦物顆粒重新排列呈平行狀排列)；而大理岩、蛇紋岩、及石英岩屬非葉狀或沒有解理。l與其母岩相比較，通常變質岩較粗、較緊密且孔隙較少。風化作用l當岩石受到空氣、水及生物等作用時，岩石的性質，包括顏色、組織、成分、外形或固結程度等，如

6、果在原地附近發生變化，這些變化就稱為風化作用。礦物的基本定義l天然的l無機作用形成l有一定的化學成分l原子呈規則排列(除水銀外)礦物的種類 礦物金屬礦非金屬礦重金屬、輕金屬、貴重金屬、普通金屬、稀有金屬黏土礦、氧化礦、硫化礦、碳酸鹽礦岩石礦物 l礦物(為自然成形且通常是無機體)是具有特定物理及化學性質的結晶物質，其性質取決於組成成分與內部結構。l礦物可形成基本的構成單位，並從而組成岩石。任一特定礦物試樣，其組成元素的原子排列皆相同。l少數礦物(例如：碳、鐵、金、銀)為元素，但多數為化合物。l礦物主要形成自溶液的沈澱、岩漿的冷卻與硬固、氣體的凝結、或變質作用。造岩礦物 l組成岩石的主要礦物稱之為

7、造岩礦物。l礦物是指天然產出的均勻固態物質，絕大部份是晶質，並具一定範圍的化學成份及物理性質。l晶質是指固體內部的組成粒子(原子、離子、原子群等)有規則的排列；相反的，非晶質則無規則性的排列。l礦物有二千多種，但是主要的造岩礦物約只有十幾種，常見的造岩礦物有：石石英英、長長石石、雲雲母母、角角閃閃石石、輝輝石石、橄橄欖石欖石、方解石方解石、黏土礦物黏土礦物。常見的造岩礦物 矽酸鹽類結晶大 含量約96%石英長石雲母角閃石 橄欖石輝石結晶小 含量小於1%黏土礦物碳酸鹽類含量小於1%方解石礦物之識別 l礦物之識別可透過許多物理性質來進行，如：解理(即傾向於某特定且優先的方向發生斷裂)裂痕顏色結晶形狀

8、硬度比重斑痕與線紋(劃過某特定礦物表面之條紋)岩石構造 l在岩石中常見之有規則的天然裂痕稱為裂目，分為岩石生成初期已存在者，以及在岩石生成後才產生者二種。重要的組織裂痕和節理有下列多種：節理（Joint）l為岩石特有的天然斷裂，分規則及不規則兩類，火成岩、水成岩及變質岩都有此現象，而以火成岩最為明顯。節理依型態可分成下列幾種：1.不規則扁豆狀節理（Lenticular joint）如花崗岩。2.板狀節理（Platy joint）形狀如重疊之板，如水成岩、安山岩等。3.柱狀節理（Columnar joint）石柱並立之節理，主要有火山岩。4.球狀節理（Spheroidal joint）洋蔥之球狀

9、節理，為岩石露出之頭部。層理（Bedding stratification）l為沈積岩及由沈積岩歷經長時間後所生成的變質岩中常見的平行狀節理。l層理之形成是於地層堆積時，因受季節、氣象、流水及生物繁殖生態等之變化，而使其堆積面與當時之地表面幾乎成為平行。片理（Schistosity）l為於變質岩中常發生的節理，其方向不規則，具有使葉片狀岩石裂成為薄片或扁桃腺狀之性質。石理（Texture）l石理是指由造岩礦物的集合狀態所生成的造型，為岩石組織中的裂痕。l火成岩的石理分結晶質與非結晶質兩種，岩漿緩慢冷卻者，形成如花崗岩、石英班岩之完全結晶質；若急速冷卻，則成為如黑曜石之玻璃質（非結晶質），或成為

10、結晶與玻璃質之混合，如安山岩之半結晶質。立理（斷裂）（Rift）l火成岩中，如花崗岩，由於造岩礦物的排列以及含有劈開面而容易發生斷裂，其斷裂之面，稱為立理。l立理通常三面相互直交，二面幾乎與節理成平行，這種立理有時有利益於加工。解理（Cleavage）l有些礦物於一定方向容易發生開裂，此性質稱為解理，是因礦物內的原子排列狀態而發生。l解理的程度分為完全、良好、明顯、模糊及不明顯等五階段。l解理不明顯之岩石，裂紋不規則，稱為斷口。結晶度（Crystallinity）l岩石完全由結晶體物質生成者，稱為完全結晶質；完全由玻璃物質生成，但不含結晶者，稱為玻璃質或非結晶質；由此二者混合生成者，稱為半結晶

11、質。l對於完全結晶質或半結晶質，其結晶粒可用肉眼看出者，稱為顯晶質，以顯微鏡才能看見者，稱為微晶質。結晶粒平均5 mm以上者，稱為粗粒，52 mm者為中粒，2 mm以下者為細粒。結晶粒之大小，依岩漿冷卻速率之快慢而變化。粒狀組織及斑狀組織 l完全結晶質的岩石，其主成分礦物的結晶粒大小大約相等者，稱為等粒狀或簡稱為粒狀組織。l結晶中有部分特大顆粒散佈於特小結晶粒集合體或玻璃質中者，稱為斑狀組織。線狀構造 l岩石中常有造岩礦物之同一種礦物成分，向一定方向作線狀發展。含有這種內部組織的岩石，稱為線狀構造。石材之物理及工程性質 比重（Specific gravity）l石材的比重依成分的性質、比例及組

12、織中空隙含量而異。一般所謂比重是指漲比重，大致上約為2.502.80。漲比重可利用下列公式計算：漲比重式中：W1試體絕對乾燥重量（g）W2浸入水中重量（g）W3浸入水中48小時後之空中重量（g）孔隙率 l石材的孔隙率指石材內孔隙體積與其容積體積之比，並無直接測定法，可利用下列公式計算之：孔隙率 P（%）=（1 ）100式中：W單位容積重量（kg/l）D真比重 V容積體積（l）耐久性 l影響石材耐久性的因子有石材組織、造岩礦物種類、使用場所的水土環境及曝露狀況。石石 材材耐用年限耐用年限石石 材材耐用年限耐用年限砂岩粗粒砂岩粗粒515白白 雲雲 石石3050砂岩細粒砂岩細粒2050大大 理理 石

13、石60100硬質砂岩硬質砂岩100200花花 崗崗 岩岩75200石石 灰灰 石石2040石石 英英 岩岩75200線脹係數 l造岩礦物的線脹係數，依礦物成分而異，並受結晶之影響，因此石材受溫度變化而發生伸縮時，其內部將發生極為複雜的應力，此為造成岩石崩壞的主要原因。線脹係數會因溫度變化而改變，下表所列為各種石材在高溫下的線脹係數。溫度溫度岩石種類岩石種類3005006007509001060花崗岩花崗岩0.0250.0920.1330.2880.2970.374砂砂 岩岩0.0300.0580.1160.1120.1190.228安山岩安山岩0.0230.0510.1240.1050.086

14、0.093凝灰質安山岩凝灰質安山岩0.0300.0230.0350.035凝灰石凝灰石0.0380.0500.0900.0830.0660.061石灰石石灰石0.9000.1700.220吸水率 l石材內含有孔隙而會吸水，其吸水性可用吸水率表示之。吸水率依岩石種類，試體大小及浸水時間而異。吸水率試驗通常採用重量20g以上的立方體，可依下式計算吸水率：吸水率（%）100 式中：W1試體絕對乾燥重量（g）W3浸入水中48小時後之空中重量（g）冰凍抵抗性 l石材吸水後，若遇到0以下溫度，內部水分會膨脹，產生張力，經長期重覆作用後可能使石材表面開裂剝落而破壞。l對於冰凍抵抗性的評估，可進行凍融試驗。試

15、體尺寸取2.5 cm3，於30下乾燥稱重後，浸入1520水中2天，之後移入-10-15冰凍室內4小時，取出再放入15水中溶解，然後洗淨並乾燥後在稱其重量。如此反覆作用24次後，測定其重量之損失百分率，損失率愈大表示其冰凍抵抗性愈差。耐酸性 l天然水中常含有碳酸氣，都市污水則含有各種酸鹽，接觸上述雜質的石材，經年累月後可能被徐徐侵蝕，例如花崗岩類的黑雲母、鐵雲母等，會變成褐色就是被酸類氧化而成。l石材的耐酸性依石材種類而異，並視酸類而定。耐酸性試驗有對碳酸（H2CO3）及硫酸（H2SO4）兩種，前者是將石材浸入CO2飽和溶液中，經一定時間後算出石材重量損失百分率；後者為浸入約1%2SO4溶液中一

16、定時間後，求得石材重量損失百分率。耐酸性 l表2-6為各種石材浸入CO2溶液及1%H2SO4溶液28天後的重量損失率。表2-6 石材於CO2飽和溶液及HsSO4（1%）溶液中之重量損失百分率岩石種類岩石種類CO2飽和溶液飽和溶液（%）H2SO4溶液溶液（%）花崗岩花崗岩0.0020.0290.060.13大理石大理石0.0040.0172.636.63石灰岩石灰岩0.0080.0872.205.83砂砂 岩岩0.0050.1040.021.01黏板岩黏板岩0.0040.07耐火性 l密閉的建築物發生火災時，其溫度可能升至1,2001,300 以上。於此高溫度下，石材將被破壞，主要原因為石材本身

17、是熱的不良導體，會因內部熱度分佈不均而發生熱應力。l尤其在火災場所常噴水以滅火，造成加熱面急速冷卻而破裂，這是直接破壞的原因。石材的耐火試驗，可取邊長2575 mm之立方體，加熱至1,200 後，放入空中或水中急冷之，觀察其崩壞程度判斷之。l一般石材對500以下之溫度，幾乎不受損害。強度 l石材的強度，以抗壓強度最大，抗拉、剪斷及彎曲等強度，都遠低於抗壓強度。因此，石材作為構造物材料時，主要應用於承受壓力部位。抗壓試驗 l試驗試體採用510 cm之立方體。抗壓強度會受到試體的形狀、高度、大小、吸水狀況、立理、層次，及加壓速度等的影響。抗彎試驗 l石材之抗彎強度遠小於其抗壓強度。石材使用於承受彎

18、曲作用的構造物時，其破壞發生於彎曲的拉力面。試驗方法如圖所示，為利用5530 cm的梁試體，放置於跨度25 cm之兩支點上，自中央點施加集中荷重，至破壞後由下式計算抗彎強度。抗彎強度 （kg/cm2）硬度 l硬度係由其他已知硬度之材料刻刮礦物之表面而決定，亦稱為刮痕硬度，它是一種常見的物理性特徵可作為鑑別礦物之依據。l硬度可定義為礦物抵抗穿透的能力，而試驗室的標準硬度試驗係依據其抵抗塑性變形之能力。l硬度或硬度數字、或莫氏硬度數字是以德國礦物學家Friedrich Mohs而命名，他於1812年替硬度下定義。l高硬度的礦物會在較低硬度之礦物上刮出刻痕。硬度：依莫氏硬度計分為十級 硬度12345

19、678910名稱滑石石膏方解石螢石磷灰石長石石英黃玉剛玉鑽石方解石方解石 Calcite l為最重要的碳酸鹽礦物，有完全的菱面體解理，玻璃光澤，透明至半透明，普通為白色或無色，含有其他顏色亦不少，條痕白色，硬度3.0，比重2.71，可溶於稀鹽酸而起泡，純淨透明的稱為冰洲石(Iceland Spar)，具有強烈雙折射和完全解理。花崗岩l花崗岩的主要礦物成分為石英與長石，以及少部分的其他礦物，如雲母、角閃石。通常，這些矽酸鹽類礦物呈任意方向排列之方式分佈。l花崗岩擁有各種顏色，如從綠色到灰色和從粉紅色到紅色，這使它適合作為裝飾用建材，如用於櫃台表面、建築物的正面與樓板。l花崗岩具有高強度、高硬度、

20、粗糙性，但內部存在著弱面，故露天開採時能夠從母岩中輕易截取矩形的岩塊以供運輸。片麻岩片麻岩 Gneiss l以組織而言，片麻岩為緻密全晶質岩石，自均粒狀至假斑狀，斑狀組織多見於長英質片麻岩，斑晶多為長石。玄武岩玄武岩 Basalt l為基性岩漿噴發所成的熔岩流凝固而成之火成岩，分佈甚廣顏色為黑暗灰褐及暗紅等色，比重為2.93.2玄武岩常成岩流、岩堵或侵入岩層產出，岩流常具胞狀或熔滓狀構造。頁岩頁岩 Shale l頁岩是一種成分較複雜且具薄片狀層理之細粒泥質粘土岩，裂理(Fissility)為此岩石之特點，故質軟、性脆、易裂，比重約2.55 2.65。石灰岩l岩石以含鈣的碳酸鹽(方解石)或鎂的碳

21、酸鹽(白雲岩)為主要成分者，稱之為石灰岩。石灰岩l石灰岩有許多用途，如作為煉鐵、製造水泥與生石灰的原料、波特蘭水泥混凝土和瀝青混凝土的骨材填充料，以及應用於承重的圬工構造中。l生石灰(CaO)亦稱為苛性鈉石灰，係取自石灰岩，它為無色的結晶狀或白色的非結晶物質，使用於製造玻璃、瓷器、波特蘭水泥、圬工工程以及土壤改良。大理石l大理石(通常係指任何具有良好光澤的石灰岩或白雲岩)為一種曾遭受變質作用的石灰岩，使它更像或部分呈現出結晶狀。l由於大理石具有美學上的特性，它主要是作為戶內或戶外之裝飾性石材。l大理石為商業名詞，是建築石材的一種，由大陸雲南大理點蒼山所產具有絢麗花紋的石材而得名。岩石的性質1l

22、岩石與碎石通常具有相當好的耐久性，不耐久的岩石傾向於引起組成或結構的分解。l相較於粗晶粒組織，細晶粒組織較能抵抗因溫度改變所造成的體積變化；緻密岩石的水密性優於多孔的岩石。l礦物成分如硫化物與氧化鐵最不能抵抗風化作用，鋁酸鹽與矽酸鹽則能有效抵抗腐蝕作用；而碳酸鹽(鈣與鎂)的風化相當迅速。岩石的性質2l岩石的吸水性與其孔隙有直接的關係；岩石具有大且筆直的孔隙時，吸水會很迅速；若具有小且扭曲的孔隙時，其吸水就較緩慢。l孔隙率 為孔隙的體積與總體積(固體體積加上孔隙體積)之比值，砂岩的孔隙率可高達20%，而在大理石中則低至0.3%。岩石的性質3l岩石的密度或單位重取決於孔隙率、礦物的種類、及結晶結構

23、。l常見的造岩礦物比重，其範圍介於2.1至7.6之間。常見岩石的一些性質 岩石種類比重孔隙率（%）密度pcf(kg/m3）抗壓強度ksi（MPa）破裂模數ksi（MPa）彈性模數ksi（MPa）花崗岩2.650-2165(2650）15-35(103-241)1.2-2.2(8.3-15.2)6-10(41.3-68.9)石灰岩2.660.5-30168(2700)5-35(34.4-241)0.25-2.7(1.7-18.6)4-14(27.6-96.5)大理石2.630-1.5175(2750）10-30(68.9-206.7)0.85-2.3(3.4-15.8)4-14(27.6-96.5)砂岩2.541-20160(2580)7-30(48.2-206.7)0.5-2.0(3.4-13.8)1-7(6.9-51.7)板岩2.74170(2740)頁岩2.002-30140(2255)