工程地质：岩石和造岩矿物

人类的工程建筑活动都是在地球表层进行的，地球表面这一层硬壳常称为地壳。地壳是地球形成以来约40亿年间不断演化发展的产物。

地壳表面是起伏不平的，有高山、丘陵、平原、湖盆地和海盆地等，最高的珠穆朗玛峰顶与最低的太平洋玛利亚纳深海沟底高差达 18 km 多。地壳的平均厚度为33 km，与地球平均半径6 731 km 相比，确实只是地球表面极薄的一层硬壳。但是，地壳厚度在各处变化很大，一般陆地地壳较厚，海底地壳较薄。例如，我国青藏高原地区地壳厚 70～80 km，而玛利亚纳海沟处地壳厚仅为 5～6 km。人类工程建筑活动一般都在地表以下几百米以内，很少超过1 km，目前世界上最深的科学试验钻孔，也未超过10 km。因此，人类活动的深度远未达到地壳平均厚度。

地壳的物质组成很复杂，目前已知的元素中约有92种都在地壳中被发现，但各种元素在地壳中的含量和分布是很不均匀的。O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti 及 H 十种元素，按质量计占99.96%，其中O、Si和Al三种元素约占88.17%（见表1.1）。

表1.1　地壳主要元素质量百分比

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注：本表引自Scientific American，1970。

这些元素在地壳中大多数以化合物状态存在，少数以单质状态存在，它们形成各种化合物矿物和单质天然矿物，例如石英（SiO2）、方解石（CaCO3）等化合物矿物和石墨（C）、天然硫（S）等单质天然矿物。

矿物是天然生成的、具有一定物理性质和一定化学成分的物质，是组成地壳的基本物质单位。它们在地壳中按一定规律共生组合在一起，形成由某一种矿物或几种矿物组成的天然集合体，这种天然矿物集合体称为岩石。主要由一种矿物组成的集合体称单矿岩，如由方解石组成的石灰岩；由两种或更多种矿物组成的集合体称为复矿岩，如正长石、石英和云母等组成的花岗岩。

由上述可知，地壳是由岩石组成的，岩石是由矿物组成的，矿物则是由各种化合物和单质组成的。人类工程建筑活动的主要对象，一方面是人工设计、建造成的工程建筑物，另一方面就是组成建筑物周围地壳的岩石。在进行工程设计、施工之前，必须首先了解掌握建筑地区岩石的特性。地壳中的岩石，按其形成原因分为三大类，岩浆岩、沉积岩和变质岩，本章重点就是按成因分类顺序，分别讨论三大类岩石的各种地质特性。在这之前先叙述一下组成岩石的主要矿物。